XIIe-XIIIe siècles
Le domaine de Villarceaux, situé au fond d’une vallée, au cœur du parc naturel régional du Vexin français, se résumait à un habitat fortifié qui avait toutes les caractéristiques du fief aristocratique de l’ancien régime.
XVe siècle
Le domaine, qui fait partie de la ligne de défense du royaume de France, est reconstruit en pierre. C’est ainsi que le château du bas est fortifié.
XVIe siècle
Le domaine s’agrandit et devient une vaste propriété agricole mais aussi une résidence de plaisirs : les douves deviennent des bassins d’agrément, les multiples sources alimentent les jeux d’eaux.
XVIIe siècle
Le manoir abrite les amours de Louis de Mornay, marquis de Villarceaux, et de Ninon de Lenclos. Les jardins sont mis « au goût du jour ».
XVIIIe siècle
Charles-Jean-Baptiste du Tillet, marquis de la Bussière, neveu du marquis de Villarceaux, hérite du domaine. Il démantèle le château féodal et construit le château du haut et son parc qui dominent le vallon.
XIXe siècle
Il ne reste plus que quelques éléments du château du bas. Les bâtiments du moulin, le jardin du potager et les bassins ont été détruits.
XXe-XXIe siècles
Le domaine est classé au titre des monuments historiques à la fin de la première moitié du XXe siècle.
En 1989, le conseil régional d’Île-de-France s’engage à assurer sa restauration, son entretien, sa promotion et son ouverture au public. Le tout dans le cadre d'un bail emphytéotique (99 ans) signé avec la fondation Charles Léopold Mayer.
À partir des années 1990, le domaine accueille ses premiers visiteurs. L’Agence régionale des espaces verts de la Région s’engage dans la restauration d’une grande partie des jardins.
En 2004, le parc reçoit le label « jardin remarquable ».
Fin 2007, le domaine a accueilli plus de 55.000 visiteurs.
En 2012, il se voit décerner le label « Espace vert écologique » par Écocert.