André Le Nôtre a réalisé en 1663 le parc régulier puis en 1669, la grande terrasse dominant la vallée de la Seine.
Le jardin irrégulier (paysager) a été réalisé en 1845 par Loaisel de Tréogate.
Le domaine est labellisé « Jardin remarquable ».
La chapelle Saint-Louis est un chef-d'œuvre de style gothique rayonnant.
C'est un acte de Louis IX (1221-1270), daté de 1238, qui nous apprend avec certitude qu'une chapelle vient alors d'être construite auprès du château royal ; par cet acte le roi y instaure un service religieux régulier. Il s'agit d'une Sainte Chapelle, destinée à abriter une relique de la Sainte Épine ou de la Vraie Croix. Par son plan et son architecture, elle est la préfiguration de la grande Sainte-Chapelle que saint Louis fera bâtir dans l'enceinte du Palais de la Cité à Paris de 1240 à 1248. Il confie ces deux chantiers à son architecte favori, Pierre de Montreuil, qui adapte à Paris des formules architecturales inventées à Saint-Germain : une nef à vaisseau unique, terminée par un chevet à pans, de très hautes verrières découpant la quasi totalité des murs et des contreforts adossés à l'extérieur, entre les travées.
À Saint-Germain, les ogives de la voûte retombent sur des colonnettes qui descendent jusqu'au sol, entre les baies. Le soubassement nu est placé en retrait derrière une arcature basse isolée. Le volume de l'édifice est donc libéré de tout support intérieur. Le mur ouest est orné d'une grande rose de style gothique rayonnant. Cette appellation renvoie aux rayons des fines rosaces laissant filtrer, par leurs vitraux, la lumière qui, de Dieu, pénètre jusqu'aux clercs puis aux fidèles. Le percement maximum des murs est permis par la technique de la pierre armée. Des éléments de métal sont intégrés à la structure des murs afin d'assurer la stabilité des pierres. C'est dans la chapelle royale de Saint-Germain que Baudoin II, empereur de Constantinople, remet à saint Louis, en 1238 les reliques de la Couronne d'épines du Christ. Ces reliques sont destinées à la Sainte-Chapelle de Paris qui, elle, ne sera consacrée qu'en avril 1248.
La chapelle conserve aujourd'hui une collection lapidaire dont plusieurs plaques gravées, des panneaux de sarcophages provenant de Rosny-sur-Seine, et des fragments de sarcophages provenant de Chelles.