Le château est à l'origine une maison forte édifiée par les Cossonay-Prangins au milieu du XIIe siècle. Les comtes de Savoie s'en emparent en 1293 et le transforme de manière importante dès 1360 (adjonction des deux tours côté lac et, sans doute, d'une cour intérieure). En 1536, la Réforme et le départ de la Maison de Savoie.

Selon toute vraisemblance, les travaux de reconstruction partielle au château ont débuté en 1574, sous l'autorité de Uli Bodmer puis suite à la mort de ce dernier en 1576, c'est le tailleur de pierre Antoine Vallon qui reprend la relève jusqu'en 1578.

Vallon parti pour Lausanne, il restait à terminer les travaux de fortification qui furent effectués entre 1579 et 1581.

Après la Révolution vaudoise de 1798, le château est acheté en 1804 par la Ville de Nyon au Canton de Vaud nouvellement créé.

En 1947, les maisons situées devant l'édifice sont détruites et permettent l'aménagement d'une vaste place ; la vision sur la forteresse en est ainsi complètement modifiée. Quatre siècles après les travaux entrepris par les Bernois, le château est entièrement restauré entre 1999 et 2006.

Il abrite depuis 1888, le Musée historique et des porcelaines, produites au XVIIIe siècle dans la célèbre manufacture de Nyon.

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