Es sin duda el edificio más famoso de todo el parque de Valentino. Sus orígenes datan de principios del siglo XVI. Emanuele Filiberto de Savoy lo adquirió en 1564. Más tarde, Carlo Emanuele I (el hijo de Iron Head) lo legó a Marie Christine de Francia (Madama Reale), quien lo usó como su residencia favorita y vivió allí con su corte.

El castillo fue completamente renovado desde 1621 hasta 1669, primero por Carlo di Castellamonte y luego por su hijo Amedeo. El edificio presenta dos fachadas diferentes: la principal hacia Turín tiene las mismas características arquitectónicas que los castillos franceses 17 y contiene elementos del edificio italiano de estilo barroco; El otro frente al río Po es ladrillo. Las salas, en particular la Sala Central y la Sala de Caza en el primer piso (a las que se accede por dos escaleras) conservan vestigios del antiguo esplendor del siglo XVII, con ricos estucos y frescos conmemorativos alegóricos. El pavimento del gran patio es de piedra de claroscuro y contiene sus motivos de diseño originales.

Se libraron batallas alrededor del castillo, se estipularon acuerdos y armisticios y se firmaron alianzas. Sus bóvedas registran las fechas más destacadas de la historia de Piamonte, como las del Palazzo Madama. Hoy en día es la sede de la Facultad de Arquitectura del Politécnico de Turín.