L'actuel château du Mesnil-Voysin est bâti en 1635, sur les fondations d'un ancien édifice du Moyen Âge. À la fin du xiie siècle, le domaine aurait été la propriété d'un chevalier Gautier, « seigneur du Mesnil », et homme lige du roi Philippe-Auguste. Au xve siècle, la propriété passe aux mains de la famille Karnazet, qui se le transmet sur plusieurs générations, jusqu'en 1455, quand Jean de Vaillant reprend les rênes du domaine. La chapelle du Mesnil est commanditée par Renée Sabathier, épouse de Guillaume Hérouard, secrétaire de la chambre du Roi, en 1611. Elle y sera inhumée en 1616. Le château « vieux » sera détruit, en 1633-1634, par François Jameau, maçon du village voisin de Lardy. Des travaux de reconstruction sont entrepris par Pierre Hérouard, dès 1635, mais des soucis financiers l'obligent à revendre ses biens dont le domaine, en cours de travaux. Racheté par Claude Cornuel, conseiller du roi Louis XIII et intendant des finances, les travaux sont terminés par Michel Villedo, qui en 1657 construira Vaux-le-Vicomte. Le château du Mesnil-Voisin changea de propriétaires au gré des successions et des mariages, pour passer successivement dans les mains des Broglie, des Rougé, des Choiseul, des Polignac et des d'Argentré. En mai 1652, le jeune Louis XIV y séjourne avec Mazarin, lors du siège d'Etampes pendant la Fronde. Charles Guillaume, marquis de Broglie, fait construire, dans le parc, la Tour de Pocancy. Le domaine et le château sont loués au comte mexicain Subervielle au début du xxe siècle, puis mis en vente en 1939. La société privée qui en fait l'acquisition prévoyait une restauration et une modernisation, stoppées par l'occupation des lieux par les troupes allemandes, puis américaines durant le conflit mondial. En 1954, la famille Mansillon acquiert les lieux, puis les vendra en 1993 au baron Bertrand d'Estreux de Beaugrenier.
La France perd l'influence italienne apportée par la Renaissance et illustrée par les châteaux de la Loire. Elle trouve au Mesnil-Voysin les éléments qui caractériseront le grand classicisme français, marqué par la simplicité majestueuse de son ordonnancement symétrique, proche d'un certain minimalisme cher à François Mansart.
