L'architecture du palais de Fontainebleau est la résultante de remaniements et ajouts successifs exécutés pendant presque quatre siècles. A l'extérieur, les ailes de différents styles s'ajoutent les unes aux autres et à l'intérieur les salles s'enchaînent de manière peu fonctionnelle. Il n'y a pas de couloirs ou de système de circulation vraiment rationnel. On peut ainsi passer sans transition de petites salles obscures à de vastes espaces lumineux. Mais le décor est très varié et souvent de grande qualité.

Il nous est donc impossible ici d'entamer une description complète de l'immense palais de Fontainebleau. Tant d'architectes ou d'artistes ont mis la main à ce chef-d'œuvre que nous devons renoncer aussi à les tous citer. Nous nous contenterons donc d'en évoquer les éléments les plus marquants par ordre d'apparition chronologique :

Période médiévale :

Il ne subsiste que l'ancien donjon, totalement remanié, de la forteresse qui se dressait ici avant le XVIe siècle. Ce donjon, une grosse tour carrée, est maintenant englobé dans les constructions entourant la cour ovale. Cette cour suit peut-être le contour de l'ancienne enceinte médiévale.

Première école de Fontainebleau :

Lancé par François Ier à partir de 1528, le château de Fontainebleau s'éleva sur les vestiges du château médiéval. Comme à Chambord ou Blois, la salamandre, emblème de François Ier, est partout représentée. On édifia les bâtiments qui enfermaient la cour Ovale. Ils sont construits en grès, briques et moellons. La porte Dorée et la magnifique salle de Bal apparurent durant cette campagne originelle. Cette dernière s'ouvrait à la fois sur les jardins et sur la cour Ovale. L'architecte avait à l'origine prévu de lui donner un plafond voûté, mais Philibert Delorme lui préféra sous Henri II un plafond à caissons. Les plus grands artistes, tels Francesco Primaticcio (Le Primatice, peintre, sculpteur et architecte italien) ou Rosso, s'employèrent à exécuter une somptueuse décoration. Ce creuset expérimental fut à l'origine d'un courant que l'on nomma école de Fontainebleau.

A l'ouest de la cour ovale, François Ier, bâtisseur acharné, fit ensuite édifier la vaste cour du Cheval Blanc (ou des Adieux) qui était alors fermée sur les quatre cotés. Nous y trouvons notamment la chapelle de la Trinité.

Pour relier les deux ensembles du palais, la cour Ovale et la cour du Cheval Blanc, François Ier fit réaliser un ouvrage comportant au premier étage une galerie longue de 60 m et large de 6 m. Ornée de fresques, de boiseries et de sculptures remarquables, elle était éclairée de chaque coté par une série ininterrompue de baies.

Henri II construisit pour sa part l'essentiel des bâtiments délimitant la cour de la Fontaine qui vient s'insérer entre la cour Ovale et la cour du Cheval Blanc. La cour de la Fontaine s'ouvre sur l'étang des Carpes. Le palais jetant sa silhouette massive dans le miroir des eaux paisibles est du plus bel effet.

Seconde école de Fontainebleau :

Henri IV érigea l'aile en brique et en pierre longeant le jardin de Diane. Cet ensemble comporte notamment la célèbre galerie aux Cerfs (74 m sur 7m), entièrement peinte vers 1600 par Louis Poisson. Le Vert Galant fut également le commanditaire de la galerie de la Reine, de la porte Dauphine et des bâtiments de la cour des Offices. Les artistes prestigieux apportèrent leur concours à l'œuvre générale, tels Amboise Dubois ou Martin Fréminet. Louis XIII s'employa à poursuivre la tâche de son père et éleva le fameux escalier du Fer à Cheval.

Louis XIV entreprit pour sa part la réfection complète de la porte Dorée et d'aménager les appartements de Madame de Maintenon. Le jardinier Le Nôtre dessina de nouveaux jardins. Louis XV multiplia les appartements destinés à abriter les nombreux membres de sa cour qui le suivaient partout. L'aile sud de la cour du Cheval Blanc fut ainsi totalement reconstruite rompant la symétrie avec l'aile nord. Louis XVI enfin, s'employa à accoler une aile à la galerie François Ier afin d'agrandir l'espace réservé à sa personne et à celle de la reine Marie-Antoinette. Cette décision eut pour conséquence d'obstruer les baies du mur nord de la galerie François Ier.

Le XIXe siècle :

Bonaparte trouva le château vidé de ses meubles après la Révolution, mais dans un relativement bon état de conservation. Il souhaita s'y établir tout comme ses prédécesseurs et investit donc des sommes considérables afin de lui restaurer toute sa splendeur. Il fit notamment abattre l'aile ouest de la cour du Cheval Blanc et la remplaça par une grille. Ses successeurs continuèrent d'embellir le château et de le restaurer, jusqu'à la chute du Second Empire.