Les biens des Bourbon-Penthièvre ayant été confisqués, le château fut vendu. Ils furent vendus par lots, notamment la collégiale Saint-Étienne, vendue 5000 livres en assignats, puis en partie démolie. Elle fut rachetée en 1816 que la duchesse douairière d'Orléans lui racheta l'édifice, pour y bâtir l'actuelle chapelle royale.
La bourgade de Dreux fut la capitale de la tribu gauloise des Durocasses, connue sous le nom de Durocassium. Sa position topographique, proche de la cité des Parisii, à un carrefour de voies de communications, ainsi que la haute colline qui la domine, réunissaient toutes les conditions requises pour un poste militaire. Aussi les Romains y établirent-ils une forteresse du nom de Castrum Drocas, succédant à l'ancien oppidum gaulois.
Cette forteresse devint le centre d'un comté carolingien. Pendant un temps, il dépendit du nouveau duché de Normandie, avant de tomber dans les mains de la maison de Vermandois, descendant de Charlemagne. Vers 1121/1123, Robert II l'enleva à cette lignée, après la mort d'Étienne Ier de Troyes, et il le réunit à la couronne, faisant de cette forteresse une tête de pont.
Propriété du domaine royal, le château et la ville devinrent l'un des appuis occidentaux du domaine capétiens, aux portes de la Normandie. Pour cette raison, Louis VI le Gros donna le château, la ville et le comté de Dreux en 1152 en apanage à l'un de ses fils Robert de France (1125-1188), tige de la Maison capétienne de Dreux, éteinte en 1590.
Le château a suivi la destinée du comté de Dreux et de ses propriétaires, les comtes de Dreux, faisant retour à la couronne de France par achat de Charles V en 1377-1378. Considéré comme château royal, il fut engagé à des seigneurs particuliers, puis vendu au XVIIIe siècle à la maison de Bourbon-Penthièvre.
La collégiale Saint-Étienne, depuis le XIIIe siècle, a servi de sépulture à d'anciens comtes de Dreux, où leurs entrailles. Quelques vestiges retrouvées lors des travaux de fondation de la nouvelle chapelle Saint-Louis, sont maintenant conservés dans cette dernière, notamment ceux qu'y fit transférer en 1783 le duc de Penthièvre. Ce dernier ayant vendu à Louis XVI son domaine de Rambouillet.
Au retour des princes, à la faveur de la restauration, le domaine est récupéré par sa propriétaire, Louise Marie Adélaïde de Bourbon, duchesse douairière d'Orléans, mère du futur Louis-Philippe. À sa mort en 1821, le château et son domaine entrent dans le patrimoine de la quatrième maison d'Orléans.
Au XIXe siècle, le château est aménagé au confort des années 1830. Louis-Philippe possédant un nombre important de résidence, le château de Dreux est peu habité par les princes d'Orléans. Toutefois, il est le lieu de la construction de la chapelle royale de Dreux.
À la publication de la loi d'exil, touchant une partie des membres de la maison d'Orléans, les biens restés indivis sont regroupés au sein de la Société civile du domaine de Dreux, afin d'en faciliter la gestion et d'écarter les risques de dispersion. En effet, Louis-Philippe ayant eu dix enfants, les propriétés héritées de l'apanage d'Orléans furent en parties partagées en parts d'indivision. Le domaine fut administré au nom du duc d'Orléans, Philippe d'Orléans, « chef de la maison de France » et prétendant orléaniste. Plusieurs mariages entre membres de cette famille donnèrent à Henri, « comte de Paris », l'essentiel des parts des biens de sa famille, dont le château de Dreux et ceux d'château d'Amboise et de Bourbon.
Pour préserver l'avenir de ce bien dans l'héritage royal, le « comte de Paris » décida de l'inclure dans une fondation familiale, la fondation Saint-Louis, en 1974. Il en devint le président d'honneur, fondation destinée à préserver les monuments les plus importants des Orléans en les soustrayant aux risques de dispersion qu'engendrent parfois les partages d'héritages. Il avait onze enfants, dont un décédé sans postérité.