Ce château propriété du comte de Provence (titre de Louis XVIII avant qu’il ne devienne roi de France) fut confisqué par Barras, l’un des Directeurs du Directoire en 1797 comme bien national.
Le général Jean Victor Moreau acquiert ce bien en 1801, mais son implication lors de la tentative d’assassinat de Napoléon par Georges Cadoudal, le contraint à s’exiler aux États-Unis d’Amérique. Joseph Fouché, ami de Moreau, se charge de vendre le château à Napoléon Ier, tout juste sacré « nouvel Empereur des français ». Ce dernier offrira cette magnifique demeure à Alexandre Berthier, maréchal d’Empire, ministre de la Guerre et futur Prince de Wagram. Berthier embellira le château en aménageant la bibliothèque, la galerie des Batailles, le salon de l’Empereur, le salon des Huissiers. Il fit également construire les deux pavillons et la grille d’entrée. Il achète également des terres avoisinantes pour agrandir le domaine et en faire une des plus belles chasses de l’Empire. De nombreuses réceptions furent données à cette époque à Grosbois.
Ce château restera dans la famille Berthier jusqu’en 1962 : son arrière-petit-fils sans descendance directe le léguera à ses neveux de la Tour d’Auvergne. Pour être enfin cédé en 1962 à une association (la Société d’encouragement à l’élevage du cheval français). Les enfants Berthier ont largement embelli le château et l’on enrichit d’une somptueuse bibliothèque de plus de 3000 ouvrages et d’une collection d’œuvres d’art moderne.
Le château fut réquisitionné pendant la Seconde Guerre mondiale pour devenir le siège de la Lufwaffe (armée de l’air allemande) et fut le lieu dans lequel Hans Jürgen Soerhring, officier de la Luftwaffe, et la comédienne Arletty furent amants. Le Téléfilm « Une passion coupable » tourné en 1814 retrace cette idylle.
Il fut aussi le décor du tournage du film Madame Sans-Gêne (octobre 1941) de Roger Richebé ainsi que les scènes du tournoi d’ouverture du film d’André Hunebelle » Le Miracle des loups ». Madame Sans-Gêne était le surnom donné à l’épouse de maréchal Lefebvre par Napoléon.
