Le château de Gy est l'ancienne résidence des archevêques de Besançon. Au 11e siècle, les terres de Gy appartenaient aux comtes de Bourgogne et au 13e siècle, des gentilshommes portaient déjà le nom de Gy (Hugon de Gy en 1281). Ils étaient probablement les châtelains des archevêques.
Ce château a connu de très nombreuses campagnes de construction.
C’est au milieu du 13e siècle que l’archevêque Guillaume de la Tour fait édifier un nouveau château à l’emplacement de l’ancien. Les comptes de son administration font en effet mention en 1256 de l’acquisition de la tour de Gy et de tous les édifices près du château fort. En 1255, Jean de Chalons, suzerain d’Oiselay et d’autres gentilshommes s’emparent du château et le détruisent. Après ces événements, le château est reconstruit et renforcé par les archevêques. Des vestiges de ce château du 13e siècle pourraient correspondre à l'angle nord-est de l'aile ouest (près de la galerie). A cette époque, le village est également fortifié par la construction d’une enceinte flanquée de huit tours reliées au château.
Les archevêques venaient s’établir dans leur forteresse de Gy lorsque les bourgeois bisontins et les barons comtois les «menaçaient». Ils tiraient une grande assurance de ce château ce qui déplaisait fortement aux plus puissants comme Philippe le Hardi qui, en 1389, ruina l'édifice. Thiebaud de Rougemont commença à le remettre en état au début du 15e siècle (1404-1429).
En 1448, le château est restauré par Quentin Ménart de Flavigny qui y adjoint deux tours carrées : l’une flanquant la porterie au nord et communiquant avec le bourg et l’autre au sud entre les écuries et le logis. Puis, en 1477, le château subit un siège mené par Georges de la Trémoille, sire de Craon (garnison française, contre le parti de Marie de Bourgogne).
Vers 1500, l’archevêque François de Busleyden (1499-1502), qui réside à Gy à cause de ses différends avec les bisontins, fait ajouter un corps de logis et percer des fenêtres. Dans la tour carrée nord (du trésor), est aménagé un cabinet de travail vouté à l’étage inférieur avec les armes du prélat à la clé de voute et une chapelle (fenêtre en arc brisé). Cette partie du château existe encore aujourd'hui et correspond à la partie centrale (orientée nord-ouest-sud-est) de l'édifice actuel. Ainsi, le décor de la tour d'escalier de la façade sud : trilobes, accolades... et de la galerie : arcs brisés, voutes sur croisée d'ogives... témoignent en effet bien de la fin du 15e ou du début du 16e siècle. Antoine de Vergy (1502-1541) fait également retravailler l’aile gauche quelques années plus tard, ce dont attestent ces armes : trois roses posées, deux et une.
En 1570, Claude de la Baume (1545-1584) fait refaire la porte d’entrée du château : grande porte flanquée de deux colonnes et petite porte adjacente avec un écu à ses armes au-dessus du plein cintre.
Un plan de Gy en 1640 nous permet de connaitre l'aspect du château à cette époque. Ce plan mentionne les différents bâtiments qui composaient alors l'édifice. Ainsi, l'entrée se faisait au sud-est du château actuel, par une "grande cour d'entrée", sorte de basse cour dans laquelle se trouvaient des bâtiments de dépendance : grange, écurie, cave. Cette première cour donnait accès par l'est (Tour Marmet) à la cour du château à proprement parler (cour d'honneur). Les logis du château étaient alors composés au rez-de-chaussée, d'est en ouest, d'un poêle, d'une cuisine, d'une salle, de la tour de la chapelle ou du trésor, de l'ancienne cuisine et enfin d'une grange et écurie à l'ouest.
Au sud des bâtiments, se trouvait un potager alors qu’au nord, se développaient des "parterres". Une enceinte ponctuée de 5 tours protégeait le château au nord. L'une de ces tours, au nord-est, abritait un colombier.
D'après ce plan, nous connaissons l'emplacement de la chapelle du château qui se trouvait donc dans la tour carrée située au nord de l'édifice. Cette pièce est en effet encore aujourd'hui voutée sur croisée d'ogives.
Jusqu’au milieu du 18e siècle, les archevêques, en paix avec leurs citoyens de Besançon, se désintéressent de leur château de Gy. Toutefois, entre 1754 et 1774, le cardinal de Choiseul-Beaupré entreprend de faire du château un logis princier en y ajoutant des jardins et des parterres. Les ailes est et ouest témoignent de cette époque avec leurs percements imposants, organisés en travées.
A l'intérieur, certaines cheminées en marbre gris sont datables du 19e siècle et permettent par conséquent de supposer que le château a connu des réaménagements internes à cette époque.
Le 23 janvier 1793, le château et ses dépendances son vendus comme bien national à Antoine Perrot, riche propriétaire puis, la commune le rachète et en fait une école de garçons (la partie centrale reste un collège jusqu'en 1976, date à laquelle la château est vendu à un particulier). Il est revendu par la suite et en 1837, 26 copropriétaires possèdent le château. Cette situation n'a pas été favorable à la bonne conservation de l’édifice. Ainsi, en 1909, le maire de l’époque, Monsieur Marnier, vend deux statuettes de pierre situées sous le grand escalier et trois belles cheminées à un antiquaire parisien, Monsieur Moretti.
L'escalier menant de la ville basse au château a été construit entre 1841 et 1845 et remplace plus ou moins l’ancien chemin de Lougeote qui partait de la porte du Bourg et longeait les murailles avant de descendre à la fontaine.
En 1874, la commune refuse le classement Monument Historique du château. Seule la tour d’escalier octogonale construite par François de Busleiden est classée.
Mongreville, Jérôme. Photographe. Région Bourgogne-Franche-Comté, Service Inventaire et Patrimoine, 1983-2024.