Construit au XIIe siècle, le château a été profondément remanié au cours des siècles et notamment au XIXe siècle par Louis Dupasquier, architecte lyonnais contemporain de Viollet-le-Duc, d'après un dessin du XVIIe siècle. Il conserve néanmoins de nombreux éléments des XVe et XVIe siècles et les travaux ont visé à restituer une forteresse médiévale complète. L'enceinte extérieure est crénelée.
La propriété est un domaine viticole. Le château de Montmelas est une propriété privée. Il est ouvert à la visite. L'ensemble des bâtiments et des jardin ont été inscrits à l'Inventaire supplémentaire des monuments historiques le 29 juin 2000. Cela englobe l'enceinte castrale, le château, les communs, les tours, les porches, la chapelle ainsi que les cours, la basse-cour du château, le cuvage et le panthéon.
Le château est entouré d'un vaste parc et d'un jardin à la française. Le parc, son mur d'enceinte et ses deux portes d' entrée, le système hydraulique, le jardin, le potager et ses bâtiments ont aussi été inscrits à l'Inventaire supplémentaire des monuments historiques le 29 juin 2000.