Le château occupe un promontoire naturel serti dans une boucle du Nançon, affluent du Couesnon. Les eaux de la rivière furent utilisées pour inonder tout le pourtour de la forteresse et former ainsi de larges douves, mais également afin d'alimenter les moulins seigneuriaux.

Le château est pour l'essentiel bâti en moellons de schiste avec chaînages et lits en granit soigneusement taillé. Malgré les diverses époques architecturales représentées dans cette véritable encyclopédie castrale médiévale, la similitude des matériaux confère à l'ensemble une saisissante homogénéité.

La barbacane est l'ouvrage le plus bas. Elle fut érigée du côté de l'attaque par Raoul III de Fougères après 1230. Elle dessine une petite enceinte presque rectangulaire de 30 mètres sur 20 mètres. On y pénètre depuis l'extérieur par une tour-porte carrée, à sas barré par deux herses. Elle coupe une petite courtine reliant deux tours cylindriques de 6 mètres de diamètre. Ces trois édifices sont percés de nombreuses archères, dans l'esprit du XIIIe siècle.

On accède à la vaste basse-cour par une seconde tour-porte (Tour de Coëtlogon) bâtie au XIIe siècle et flanquée par la Tour de Coigny (après 1230). Sur la muraille sud venait autrefois s'adosser le palais dont il ne reste plus que les substructions. Il fut construit au XIIe siècle et modifié jusqu'au XVe siècle. Il possédait deux grandes salles dont une sur deux niveaux, une cuisine, une chapelle et plusieurs chambres. Il s'élevait sur au moins un étage. La courtine sud fut renforcée à la fin du XVe siècle par deux puissantes tours à canons : les Tours Raoul et Surienne. Leurs bases sont légèrement talutées et plongent dans les douves. Elles possèdent de nombreuses canonnières latérales, une épaisseur de maçonnerie impressionnante et sont couronnées de beaux mâchicoulis bretons (en pyramide renversée). Elle sont aussi larges que hautes (20 mètres) et donc particulièrement trapues.

Au point le plus reculé, au sommet du promontoire, nous trouvons l'emplacement du castrum primitif. Il s'agissait à l'origine d'une simple tour de bois cernée de palissades. Ces modestes fortifications furent progressivement remplacées par des constructions plus solides. La Tour des Gobelins fut sans doute érigée vers 1230 par Raoul III. La Tour Mélusine, la plus haute du château avec ses 30 mètres, date de l'époque des Lusignan. Dans la cour se lisent les fondations d'une tour polygonale d'époque indéterminée. Elle ne fut jamais érigée, mais son plan au sol n'est pas sans rappeler celui des donjons de Bricquebec (Manche), Largoët-en-Elven (Morbihan) ou Oudon (Loire-Atlantique). Ces édifices datent tous de la seconde moitié du XIVe siècle. Au XVe siècle, on dota la forteresse d'un accès au nord. On dressa devant la Tour des Gobelins un petit corps avancé formant barbacane, avec une porte (Porte d'Amboise) dotée d'un pont-levis à flèches et percée de multiples canonnières.