Son constructeur, François de Chenu, sur les instances, semble-t-il,  du Duc de Mayenne, gouverneur de la Bourgogne, conçut et fit réaliser un édifice répondant aux exigence du temps :

• sécurité absolue
• surveillance du territoire
• défense des populations d’alentour

Solidement appuyé et encastré sur une hauteur d’une douzaine de mètres dans le flanc du lit de la rivière, est le château dominant celle-ci, protègè naturellement par les eaux vives, sur sa façade Est.

Plusieurs ouvrages défensifs, aujourd’hui disparus, avaient été élevés en avant de cette façade et latéralement, et étaient entourés d’eau. Sur l’autre face, la protection était assurée par un mur à échauguettes et créneaux entourant une cour intérieure de la largeur du corp principal.

La gravure ci-dessus d'Israël Silvestre représentant Nuits au XVIIe siècle, c'est-à-dire avant sa "modernisation". On distingue deux éléments essentiels: une cour précédant la façade occidentale entourée de trois murs crénelés la limitait au nord, au sud et à l'ouest.Deux poivrières en marquaient les angles extérieurs. On accédait à cette cour vraisemblablement par une porte cavalière, défendue sans doute par un pont-levis, l'ensemble étant en effet ceinturé par un fossé.
Le deuxième élément visible sur l'ancienne gravure est un vaste perron, ou plus exactement une esplanade de tir, s'avançant nettement devant les pavillons presque jusqu'à la rivière. A gauche de l'esplanade existait une petite redoute permettant un tir circulaire.

Des meurtrières à large ouverture, pratiquées dans l’épaisseur très importante des murs en pierres d’une dureté remarquable, permettaient un feu couvrant et étendu. Le côté le plus exposé étant celui de la vallée, une vaste esplanade de tir, à parapet de protection pour les tireurs en action, s’étend sur toutes la largeur de la façade entre les pavillons.

Le château, lui-même, qui subsiste intégralement, se compose pour l'essentiel d'un corps central inséré entre deux puissants pavillons qui s'en détachent nettement et constituent une efficace défense latérale

Tout l’ensemble construit repose sur un massif socle de pierre faisant glacis d’une hauteur de huit mètres, mais qui n’émerge plus actuellement qu’à peine sur la moitié de sa hauteur.

Cette architecture militaire, qui préfigure sans aucun doute les conceptions défensives que Vauban imposera à la France cent ans plus tard, n’empêcha pas le constructeur de sacrifier d’une certaine manière, à la mode.

D’un style Renaissance raffiné et élégant, la façade ouest avec pilastres cannelés, lucarnes têtes de lion sculptées dans la pierre, les pavillons étant, de ce cote, nettement en retrait. C’est à cette double qualité de poste-frontière aux marches de Bourgogne et d’habitation de plaisance conçue pour les temps nouveaux que le Château de Nuits doit le caractère mi-défensif, mi-raffiné qui fait son intérêt, tant à l’extérieur qu’à l’intérieur.

En effet, à côté de somptueuses cheminées à décors à l’antique aux armes des Chenu et des boiseries en plein chêne qui ont revêtu les murs à plusieurs époques, le visiteur sera peut-être surpris de remarquer les plafonds voûtes en plein cintre dans les salles basses, un puits d’approvisionnement en eau dans la salle des gardes, sans oublier des postes de guetteurs sur trois niveaux successifs dans un escalier dérobé.