Les bâtiments actuels, formés de deux corps de logis bâtis à angle droit et reliés par la tour, furent érigés entre la fin du XVIe siècle et le début du XVIIe siècle.
Construit en pierres du pays avec des murs qui, par endroits, mesurent près d'un mètre d'épaisseur, des fenêtres à meneaux et de larges cheminées, le château de Vauville, couvert d'une toiture en schiste, demeure l'un des plus beaux exemples d'architecture des maisons fortes du Nord-Cotentin.
Du caractère défensif de la construction d'origine, il ne reste plus que la tour principale, le mur d'enceinte circulaire et la douve qui entoure la château.
Le colombier, construit en 1732 à l'extérieur du mur d'enceinte, est caractéristique des bâtiments d'accompagnement de l'édifice principal. Il contient plus de mille cases (ou boulins).
En 1837, Polydore Le Marois, le fils du général Jean Le Marois, détruisit la porterie où mourut le bienheureux Thomas Hélye, aumônier de Saint-Louis, dont le tombeau se trouve dans l'église paroissiale Biville. Les communs qui conféraient au château son allure féodale furent détruits à la même époque.