Après le transfert de la capitale des États de Savoie de Chambéry à Turin (1563), le château demeure une résidence ducale et un siège administratif. Il héberge la Chambre des comptes, le Gouvernement de Savoie ainsi que l'Intendance générale.
À l'intérieur, on peut y admirer de remarquables vitraux du XVIe siècle, restaurés en 2002.
Au début du XVIIe siècle, le gouverneur Don Félix de Savoie fait aménager le Pavillon à l'emplacement du jardin jouxtant la Tour Trésorerie et le grand parterre ; puis la duchesse Christine de France fait reconstruire la façade de la Sainte-Chapelle (1655-1663).
Le château sera marqué par deux incendies au XVIIIe siècle. Sous l'occupation espagnole, en 1743, le feu cause la perte d'une partie des appartements royaux.
Si des projets de reconstruction sont envisagés, ils n'aboutissent pas faute de moyens. Il faut attendre 1775 et le mariage du futur roi Charles-Emmanuel IV avec la sœur de Louis XVI pour que des travaux soient engagés (prolongation du château vers le Pavillon et édification d'un escalier monumental, par l'architecte Piacenza).
En 1786, une nouvelle aile royale est édifiée, mais elle est endommagée en 1798 par un mystérieux incendie qui fait disparaître le Pavillon. À la fin du XVIIIe siècle, il ne subsiste du « Château National » (1792) que l'Aile royale et la Tour demi-ronde, isolée, en face de la Sainte-Chapelle et du bâtiment médiéval.
À partir de 1800, les premiers préfets engagent des travaux de restauration. En 1802, le château est affecté à la préfecture et au Conseil général du département du Mont-Blanc.
Napoléon Ier, de passage à Chambéry en 1805, commande deux projets de reconstruction. Celui qu'il choisit transforme l'Aile royale en appartement impérial. En 1820, lors de la Restauration sarde, le roi Charles-Félix fait rénover la Sainte-Chapelle. Le roi Charles-Albert la fait décorer de peintures en trompe-l'œil (1836).
En 1844, le roi met à la disposition de la Société d'histoire naturelle de la Savoie une partie des jardins du château et la maison du jardinier (actuel Museum). Le roi Victor-Emmanuel II poursuit la reconstruction du corps de logis central.
![]() Château des ducs de Savoie avec le tour et le mémorial de Joseph et Xavier de Maistre. | L'aile du Prince du Château des ducs de Savoie vue de nuit. | ![]() La porterie du Château, mâchicoulis de la herse. |