Im 12. Jahrhundert diente das alte Schloss Chambord als Jagdresidenz des Adels. 1519 ließ Kaiser Franz I. das alte Gebäude abreißen und begann mit dem Bau des prachtvollen Palastes.
Welcher Architekt Chambord letztlich plante, ist unklar. Dagegen gilt als erwiesen, dass Leonardo da Vinci an der Planung in einem nicht unerheblichen Maße beteiligt war. 1525 wurde Francois I. in der Schlacht von Pavia von den Truppen des spanischen Kaisers Karl V. gefangen genommen. Die Bauarbeiten wurden nach seiner Rückkehr mit 1800 Arbeitern wiederaufgenommen und durch den Einzug von Kirchenschätzen finanziert.
Im Jahre 1539, nachdem der untere Teil des Schosses fertig gestellt war, lud Franz I. seinen Rivalen Karl V. zu einer Schlossbesichtigung ein. Dieser war von Chambord sehr fasziniert, denn es ist das größte und aufwendigste aller Loire-Schlösser. Es ist ein Vorläufer des Versailler Palais und ein Paradebeispiel der Renaissance: 156 Meter Länge, 117 Meter Breite, 440 Räumen, eine doppelläufige Wendeltreppe im Wohnturm, ein 5.500 Hektar großer Park und eine Mauer, die mit 35 Kilometer Länge das gesamte Terrain umschließt. Für die UNESCO Grund genug, es zum Weltkulturerbe zu erwählen. Der Park, der zudem Europas größtes Forstgehege ist, steht dem Staatsoberhaupt zur Jagd zur Verfügung.
Nachdem Franz I. im Jahre 1547 starb, ließen Heinrich II. und Karl der IX. den Bau fortsetzen. Die Nachfolger zogen es jedoch vor, in Paris zu residieren, so dass der Bau erst 1685 unter der Herrschaft des Sonnenkönigs Louis XIV. fertiggestellt wurde.
Nach dem Tod des letzten Besitzers Marschall Moritz von Sachsen war das Schloss dem Verfall preisgegeben. Es dauerte beinahe zwei Jahrhunderte, ehe der Staat 1930 das Schloss erwarb und ab 1947 restaurierte.