Les textes mentionnent pour la première fois un seigneur de Semblançay en 888 : il participe aux côtés d’Ingelger Ier d’Anjou à une expédition punitive contre l’évêque d’Auxerre. À la fin du Xe siècle ou au début du XIe siècle Foulques Nerra, dans sa manœuvre d’encerclement de la ville de Tours, s’empare de Semblaciaco et le fortifie. À cette époque (en 1004) Alleaume de Semblançay est signalé comme donateur à l’abbaye de Marmoutier (Tours). Ces donations seront confirmées en 1207 par Robert de Pernay, seigneur des lieux. Sous l’ère Plantagenêt (après 1150), le donjon de pierre et sa chemise sont édifiés. Au cours du XIVe siècle, l’ensemble est enveloppé par une seconde enceinte, à tours circulaires aux angles et bastion central. Édouard Gatian de Clérambault propose plutôt la fin du XVe siècle ou le début du XVIe.

À cette époque (1513 ou 1516), Jacques de Beaune, gouverneur de Touraine et intendant des finances de François Ier, est propriétaire de Semblançay. Il fait réparer les enceintes et le pont et fait élever des bâtiments le long de la seconde enceinte. À sa mort -par pendaison au gibet de Montfaucon- en août 1527, le château est progressivement abandonné et sert de carrière de pierres.

En février 1606, un texte décrit le site en ces termes : « maison, chappelle, galerie, escuyeries, tours portaux et clostures de murailles, piliers pour asseoir les ponts pour aller du château à la bassecourt ». La plupart de ces éléments se rapporte au logis seigneurial (le château de la Source) édifié au XVIe siècle à l'est de l'étang.