Le château de Montlhéry, mentionné dès le début du XIe siècle, est un haut lieu de l’Histoire de France. Situé sur une motte, il est l’œuvre de Thibaud, seigneur de Montlhéry, garde des eaux et forêts du roi Robert II. Au début du XIIe siècle, les seigneurs de Montlhéry s’opposent au roi Louis VI, et ce premier château est détruit, à l’exception de sa tour. Le domaine est alors rattaché à la couronne en 1118. La position stratégique du lieu, entre Paris et Orléans, en fait un enjeu capital pour les rois capétiens.
Vers 1200, sous le règne de Philippe Auguste, le château est reconstruit et prend la forme qu’on lui connait actuellement. Il adopte un plan régulier, avec d’imposantes murailles appelées courtines, des tours circulaires à chaque angle, et un donjon massif. Ces éléments sont caractéristiques du renouveau de l’architecture castrale sous le règne de Philippe Auguste. Le futur roi Louis IX, dit saint Louis, escorté par les parisiens, y trouve d’ailleurs refuge lors d’une révolte des barons. En remerciement, à un retour de croisade en 1254, il fait édifier la chapelle qui porte son nom, à l’entrée du château. Ses fondations subsistent encore à gauche, avant le pont-levis.
Plus tard, durant la guerre de Cent Ans, le château est plusieurs fois assiégé et occupé par les Anglais. Olivier de Clisson, connétable de France chargé de sa garde, entreprend donc d’importants travaux en 1382. Il ajoute 4 étages au donjon, un chemin de ronde avec mâchicoulis, des latrines, des cheminées. L’édifice est alors l’un des plus beaux châteaux de la région parisienne.
Malheureusement, il connaît plus tard des heures troublées. Il est endommagé une première fois lors de la guerre entre Armagnacs et Bourguignons au XVe siècle. Au XVIe siècle, sa dégradation se poursuit pendant les guerres de Religion, où il sert de quartier général aux calvinistes. Les habitants de la ville obtiennent alors en 1591, d’Henri IV, son démantèlement.
Néanmoins, au cours des XVIIIe et XIXe siècles, le château trouve une nouvelle utilité grâce à la recherche scientifique. Ainsi, en 1822, une équipe de savants dont fait partie François Arago, astronome et physicien, améliore la mesure de la vitesse du son dans l’air, par des expériences menées entre la tour du château et Villejuif. L’expérience consiste à tirer un coup de feu entre les deux lieux, situés à 18 kilomètres de distance, et à mesurer grâce à des horloges extrêmement précises le temps écoulé. Plus tard, en 1874, le physicien Marie-Alfred Cornu, calcule la vitesse de la lumière entre la tour du château et l’observatoire de Paris, en y envoyant un rayon lumineux. Il parvient à une mesure de 300 400 kilomètres par seconde. Entre temps, le château est classé sur la première liste des monument historiques de 1840 et devient propriété de l’État en 1842.
Au cours du XXe siècle, la tour fait l’objet de réfections diverses et est fermée temporairement au public dans les années 1980. Après de multiples travaux de mise en sécurité dans les années 2000, elle rouvre ses portes aux visiteurs le 15 septembre 2012 de manière régulière.
