Шамбор находился недалеко от резиденции Франциска I-го — замка Блуа. В период Столетней войны на этой территории размещались военные гарнизоны, но затем надобность в них отпала. Кроме того местность изобиловала дичью, а король очень любил охоту и мечтал построить здесь охотничий домик.

Строительство замка началось в 1519 году и стало одной из самых крупных и затратных строек того времени: здесь работали одновременно до двух тысяч рабочих, а для возведения стен замка потребовалось около 220000 тонн камня! Существует предположение, что при постройке этого шедевра король воспользовался некоторыми задумками Леонардо да Винчи, который тот успел разработать во время проживания в замке Кло-Люсе.

К 1537 году был сформирован общий вид башен и донжона. В это время король уже жил в замке, в северо-восточной башне, а в 1545 году он перешел в свои апартаменты, из окон которых был виден донжон во всей красе. В целом основная постройка представляла собой центр миниатюрного городка, который образовали четыре башни с окошками и лесенками, расположенные по углам донжона. Внутри донжона, в месте пересечения галерей была выстроена лестница, обладающая двумя независимыми друг от друга маршами. Это было удобно поскольку с такой лестницы можно было бы попасть в любую комнату замка и кроме того люди спускающиеся или поднимающиеся по ней не видели друг друга. Лестница была щедро декорирована лепными украшениями нимф, гарпий, химер и фавнов. На каждом шагу встречается изображение герба короля — саламандру, извергающую огонь.

На втором этаже донжона особенно впечатляет огромный кессонный свод в виде пологой арки, украшенной эмблемами Франциска I. Хотя Шамбор считается классикой Ранессанса, в его архитектуре присутствуют и средневековые элементы. Это относится к орнаменту башен донжона и крыши замка с многочисленными каминными трубами и башенками, напоминающими фрагменты средневековых крепостей.

Терраса замка располагалась на высоте 24 метра от земли, ее середину украшал затейливый купол донжона. Венчал купол огромный цветок королевской лилии двухметровой высоты. По всей террасе, словно сказочные домики, возвышались разнообразные каминные трубы, богато декорированные раковинами, медальонами, ромбами, фантастическими существами. Один из гостей замка, венецианский посол, при виде этого сооружения говорил, что он «восхищен, изумлен или, скорей смущен и приведен в полное замешательство».  Он признался, что на какое-то мгновение ему показалось, будто он находится в замке фей, что околдовали благородных рыцарей…

В 1539 году Франциск I-й принимал в Шамборе императора Священной Римской империи германской нации  Карла V, которого сопровождала королева Элеонора, принцесса Екатерина Медичи и еще огромное множество принцев и принцесс. В связи с прибытием важного гостя Франциск I отдал распоряжение украсить Шамбор картинами и коврами, зажечь благовонные свечи, а весь путь кортежа от Амбуаза до Шамбора усыпать цветами. Императорская свита была в таком восхищении от замка и его интерьеров, что определила его как «синтез всего самого прекрасного, на что способен человеческий гений».  В гостях у Франциска I Карл V провел три дня, в течении которых развлекался охотой на ланей.

В 1540-е годы королевский двор все чаще останавливался в Фонтебло, а вскоре в парижские хранилища перекочевала большая часть роскошного убранства замков Луары. Затронуло это и Шамбор, все его содержимое, когда-то предназначенное для того, чтобы порадовать Карла V перекочевало в Париж. Надо сказать, что в те времена царствующие особы часто переезжали с место на место и всегда брали с собой всю мебель и ценные вещи. Так что с отъездом короля замки, в том числе и Шамбор, пустел. За 32 года царствования Франциск I провел в поместье Шамбор всего 72 дня, и ему не суждено было увидеть свое детище в завершенном виде. К моменту смерти короля в 1547 году были закончены только донжон и королевские покои.

После смерти Франциска I-го, его сын Генрих II продолжил строительство амбициозного проекта, а последующие владельцы замка, Людовик XIII и его брат Гастон Орлеанский, продолжили его усовершенствование. К XVII веку в Шамборе было 440 комнат, 282 камина, 77 лестниц. Один из владельцев замка, Карл IX очень любил охоту и о его увлечении сохранилось множество историй, свидетельствующих о силе и ловкости короля как всадника и охотника. Рассказывали, например, что он преследовал оленя до его полного изнеможения, не спуская свору собак. Другой раз, проскакав без устали 10 часов и загнав пять лошадей, он так громко дунул в свой рог, что из того потекла кровь.

Людовик XV отдавал дань ястребиной охоте в Шамборе, но в 1725 году передал своему тестю, Станославу Лещинскому. Говорят, что изгнанному польскому королю зимой тут очень досаждали сквозняки, а чтобы защититься от малярии, он приказал засыпать ров у замка.

Двадцать лет спустя, в 1745 году, перешел к маршалу Морицу Саксонскому. Он ввел в замок волонтеров своего полка, состоявшего из поляков, венгров, турок и татар, одетых в блестящие униформы. В 1750 году маршал, питавший слабость к прекрасному полу, умер при загадочных обстоятельствах; по официальной версии, это случилось от, якобы, запущенной простуды, по другой версии был сражен ударом шпаги ревнивого супруга. После его смерти в знак траура пушки замка стреляли каждые четверть часа в течение шести дней.
Последним владельцем, который наслаждался грандиозностью Шамбара, стал маршал де Сакс, одержавший победу над английскими войсками при Фонтенуа в 1745 году. Он не только поселил тут свою любовницу-актрису, но и держал в замке два кавалерийских полка: они имитировали сражения, а Сакс наблюдал за ними с террас на крыше замка.

В 1915 году государство наложило на арест, а в 1930 году купило его. В начале 1970-х годах в замке началась реставрация, а в 1981 году он был внесен в список всемирного достояния ЮНЕСКО.

Шамбор — это не только история, увековеченная в камне, но и замечательный заповедник, в котором бережно сохраняется флора и фауна. Олени, косули, дикие кабаны, всевозможные виды птиц присутствуют не только в виде трофеев в залах замка, но и обитают в парке Шамбора огороженного стеной высотой в 3 метра. Говорят, будто бы в ненастную погоду, когда молнии разрезают ночное небо, а в лесу протяжно завывает ветер, на тихих аллеях парка можно встретить загадочного всадника, несущегося на черном коне. Это призрак графа Тибальда, обитающий в замке и выезжающий поохотиться в Шамборском лесу в ненастные ночи. История призрака загадочна и противоречива. Кто-то рассказывает, что граф погиб в лесу во время страшной, внезапно разразившейся грозы. Кто-то утверждает, что он пал жертвой дворцовых интриг и был предательски убит во время охоты… Сам призрак не опасен, однако его внезапно появляющийся из темноты и несущийся напролом силуэт может здорово напугать посетителей.