XIe siècle -XIIIe siècle

Vers 1040, Geoffroi de Mayenne, capitaine du château pour les comtes du Maine profite de la faiblesse de ses derniers pour en devenir le seigneur à son compte. Il lutte contre Guillaume de Normandie alors que ce dernier envahie le Maine, le château est incendié en 1063. La ville actuelle de Mayenne a pour origine des bourgs créés au XIe et au début du XIIe siècle près du château, près de l’église Notre-Dame et, sur l’autre rive, près du prieuré Saint-Martin. Leur développement forma peu à peu la ville. À la fin du Moyen Âge, celle-ci ne comportait pas de muraille, mais était entourée d’un fossé. Le bâtiment principal de la ville était son château attesté dès le début du Xe siècle.

Construction d'un étage sur le bâtiment carolingien.

1206, Philippe Auguste rattache le Maine au domaine royal.

1220, Juhel II de Mayenne meurt et ainsi se termine la lignée des Mayenne. Les nouveaux seigneurs n'y résident que rarement, néanmoins le château bénéficie des évolutions techniques militaires sous Philippe-Auguste. La basse-cour est agrandie, la haute-cour est renforcée de tours et d'un châtelet d'entrée et comme souvent une tour-donjon cylindrique, typique sous Philippe-Auguste, est édifiée à l'angle Nord-Est.

 La Mayenne traverse aujourd'hui la ville, à une époque lointaine, il y avait un gué qui permettait le passage entre les deux rives.

Guerre de Cent-Ans

Le château subira plusieurs attaques, afin de renforcer le site, il est construit notamment une tour à canon avec un terrasse à feu, ainsi que des mâchicoulis et des canonnières.

1360, il devient la propriété des ducs d'Anjou. De ce fait le château devient plus une garnison qu'un logis seigneurial.

1361 - 1364, en plein guerre de Cent-Ans, le château est occupé par les Anglais.

1415, la défaite des Français à la Bataille d Azincourt achève l'invasion du Maine par les Anglais. 

1425, les Anglais reprennent Mayenne et le château est occupé par le fameux John Falstaf qui perdra notamment la bataille de Patay face à Jeanne d'Arc.

1448, fin de l'occupation par les Anglais.

Guerre de Religions

Charles (II) de Lorraine, ou Charles de Mayenne, duc de Mayenne (26 mars 1554 à Alençon - 3 octobre 1611 à Soissons, il détient alors le château de Mayenne. Il est le frère cadet du duc Henri de Guise. Capitaine de guerre durant les guerres de Religion, il participe à plusieurs campagnes militaires sous le règne d'Henri III. Gouverneur de Bourgogne, il possède à la cour de France la charge honorifique de grand chambellan.

1592, le château entre dans le domaine royal, en effet après l'assassinat de ses frères en 1588, il prend la tête de la Ligue mais, à la suite de plusieurs défaites (Arques, Ivry La Bataille, Fontaine-Française), il se soumet au roi Henri IV en 1595. Le château va perdre son aspect défensif, par la destruction des bâtiments sur la haute-cour notamment.

1695, dessin de Louis Boudan, Gallica

1654, Mazarin, devient duc de Mayenne, il  transforme le centre ancien. Il confie les travaux à son intendant Colbert : assèchement de l’étang médiéval du Baudais (places des Halles et Clémenceau), création de halles, creusement d’un égout sous la Grande-Rue. Les hôtels particuliers se multiplient sur les deux places encadrant la Barre ducale, construite de 1660 à 1668. La périphérie se partage entre des quartiers populaires, consacrés notamment au tissage, et des couvents (Capucins en 1606, Calvairiennes en 1624). 

1674, le château est transformé en prison, ce qui va conduire en grande partie aux modifications pour sa nouvelle fonction première, afin de perdre en particuliers son aspect défensif.

1695, le tours sont arasées et la basse-cour transformée en parc.

1824, le conseil général achète le domaine qui fera agrandir le bâtiment principal vers le Sud. 

1936, le château perd sa fonction de prison carcérale et c'est la commune de Mayenne qui en devient propriétaire. Après de nombreux usages divers, il devient un centre d'arts et d'exposition. Lors de la construction des nouveaux bâtiments usuels, il est découvert des vestiges carolingiens.