Το πρώτο κάστρο που χτίστηκε στο Σενονσώ χρονολογείται από το 13ο αιώνα, όπως επίσης και ένας οχυρωμένος μύλος που χρονολογείται από το 1230, εποχή κατά την οποία ανήκε στην οικογένεια Μαρκ (Marques). Η γέφυρα δεν υπήρχε τότε, θα κτιστεί πολύ αργότερα. Έτσι, η στρατηγική λειτουργία του αρχικού κάστρου δεν ήταν το πέρασμα από τη μία όχθη στην άλλη, αλλά μάλλον μια διαχείριση της ποτάμιας κυκλοφορίας πάνω στον ποταμό Σερ.

Ο Σερ χρησιμοποιείτο τότε ευρέως για τη μεταφορά ξυλείας, οικοδομικών υλικών, αλατιού, κρασιού και κτηνοτροφικών προϊόντων[1]. Το κάστρο υπέστη καταστροφές κατά τη διάρκεια του Εκατονταετούς πολέμου, εποχή κατά την οποία ο Ζαν Μαρκ είχε εχθρικές σχέσεις με τον δελφίνο Λουδοβίκο του Γκυγιέν, αρχηγό του Βασιλικού Συμβουλίου, και παρέδωσε το Σενονσώ στα αγγλικά στρατεύματα. Το Σενονσώ ανακατελήφθη από τους Γάλλους το 1411, χάρη στη νίκη του Μπουσικώ. Το κάστρο τότε κάηκε και ισοπεδώθηκε.

Αργότερα, ο Ζαν Μαρκ ζήτησε την άδεια από τον Κάρολο Ζ΄ της Γαλλίας, προκειμένου να ανακατασκευάσει ένα κάστρο στην περιοχή. Η άδεια τού δόθηκε το 1432. Το κάστρο ξαναχτίστηκε σε διαφορετική θέση και παρουσιάζει μια νέα αρχιτεκτονική : στηριγμένο στον Σερ, οριοθετεί ένα χώρο που είναι σχεδόν τετράγωνος (50 x 55 m) και περιβάλλεται από τρεις πλευρές από τάφρους με νερό. Η τέταρτη πλευρά του κλείνεται και απομονώνεται από τον ποταμό Σερ.[2] Στις γωνίες είχε τέσσερις στρογγυλούς πύργους, που οι βάσεις τους ήταν μέσα στις υγρές τάφρους και υπήρχαν τείχη, ανάμεσα στα οποία βρισκόταν το κύριο σώμα του σπιτιού και που διακόπτονταν από τις οχυρώσεις της πόρτας της εισόδου. Από αυτό το φεουδαρχικό κάστρο δεν έχει επιβιώσει παρά μόνο ο νοτιο-δυτικός πύργος, γνωστός ως «πύργος των Μαρκ». Πίσω από το κάστρο, στις όχθες του ποταμού Σερ, χτίστηκε ένας μύλος.

Ένας από τους διαδόχους του Ζαν Μαρκ, ο Πιέρ Μαρκ, παντρεύτηκε την Μαρτίν Μπερά, κόρη του ταμία της Γαλλίας και θαλαμηπόλου του Λουδοβίκου ΙΑ'. Η κακή διαχείριση της ιδιοκτησίας οδήγησε την οικογένεια σε σοβαρά οικονομικά προβλήματα, τα οποία οδήγησαν στη σύλληψή του στις 3 Ιουνίου 1496. Το κάστρο το αγόρασε ο  Τομά Μπογιέ (Thomas Bohier), αστός από την Τουρ που πρόσφατα είχε γίνει ευγενής, για 7.374 λίβρες. Οι Μαρκ αποσύρθηκαν στο αρχοντικό του Κουλντραί. Ο Τομά Μπογιέ τους έδωσε τη δυνατότητα επαναγοράς έως τις 25 Δεκεμβρίου 1498 για 12.550 λίβρες[3]. Αλλά ο Πιέρ Μαρκ δεν μπορούσε να πληρώσει. Στις 9 Νοεμβρίου 1499 ο Γκιγιόμ Μαρκ, αδελφός του Πιέρ, διεκδίκησε την ιδιοκτησία, με την επίκληση της ρήτρας υπαναχώρησης, και άρχισε διαδικασίες για να το ανακτήσει.

Μετά τον θάνατό του, η κόρη του Κατρίν Μαρκ άνοιξε ξανά την υπόθεση και ικανοποιήθηκε εν μέρει, αναγκάζοντας τον Τομά Μπογιέ να μείνει στο κάστρο της Ουντ (Houdes), όπου ο ίδιος είχε χτίσει ένα σπίτι. Η Κατρίν νυμφεύτηκε τον Φρανσουά Φυμέ, άρχοντα των Φουρνό. Άρχισε νέες διαδικασίες προκειμένου να αποκτήσει συγχρόνως, την Ουντ, έτσι ώστε όλα τα παλιά εδάφη της οικογένειας να  επιστρέψουν σ' αυτήν.

Μετά από μια δύσκολη δικαστική διαμάχη, στις 8 Φεβρουαρίου 1512 η περιοχή καταχωρήθηκε οριστικά στον Τομά Μπογιέ.

Ο Μπογιέ ήταν ένας σημαντικός πολιτικός και ικανός οικονομολόγος. Συμβολαιογράφος και  γραμματέας του βασιλιά το 1491, αυλάρχης του Καρόλου Η', οικονομικός επόπτης στο Παρίσι, έγινε γενικός οικονομικός ελεγκτής στη Νορμανδία. Παντρεύτηκε την Κατρίν Μπρισονέ, η οποία προερχόταν επίσης από μια πλούσια επαρχιακή οικογένεια που πλούτισε ανεβαίνοντας σταδιακά τη σκάλα που οδηγούσε στις πιο σημαντικές θέσεις στο κράτος. Υπηρέτησε επίσης υπό τον Λουδοβίκο ΙΒ' και τον Φραγκίσκο Α'. 

Μετά το θάνατό του το 1524 αποκαλύφθηκαν ατασθαλίες στα οικονομικά του και ο βασιλιάς Φραγκίσκος Α' επέβαλε τεράστιο πρόστιμο στον γιο του και κληρονόμο του κάστρου Αντουάν Μπογιέ. Καθώς αυτός αδυνατούσε να το πληρώσει, το 1535 το κάστρο μεταβιβάστηκε στον Γαλλικό Θρόνο.

Το έγγραφο της μεταβίβασης του 1535 μονογραφήθηκε για λογαριασμό του βασιλιά από τον δούκα Αν του Μονμορανσύ, από τους Ομοτίμους της Γαλλίας, κοντόσταυλο και πρώτο Βαρώνο της Γαλλίας. Ο δήμαρχος της πόλης Τουρ, πήρε στην κατοχή του το κάστρο στο όνομα τού βασιλιά και έγινε ο οικονόμος. Λόγω της επισφαλούς κατάστασης και της αβεβαιότητας για το μέλλον του Σενονσώ, ο Αντουάν Μπογιέ είχε αμελήσει τη συντήρηση του κάστρου. Ο Φραγκίσκος Α΄ παρέλαβε ένα εγκαταλελειμμένο ακίνητο. Ενάντια σε όλες τις πιθανότητες, ο βασιλιάς δεν το ανακαίνισε. Η προθυμία του να αποκτήσει το κάστρο ακολουθήθηκε από αδιαφορία. Η προσοχή του ήταν στραμμένη στο Σαμπόρ, το Φονταινεμπλώ ή το Βιλέ-Κοτερέ μέχρι το τέλος της βασιλείας του και το Σενονσώ παρέμεινε αναξιοποίητο. Ο Φραγκίσκος Α΄ και η Αυλή του έμεινε στο κάστρο μία φορά επιστρέφοντας από το Αιγκ-Μορτ μετά την υπογραφή της Συνθήκης της Νίκαιας με τον Κάρολο Ε΄ των Αψβούργων, τον Αύγουστο του 1538, στο τέλος του Ιταλικού Πολέμου του 1536–1538. Και άλλη μία, την άνοιξη του 1545, όταν πήγε για κυνήγι στα κοντινά δάση. Οι μετακινήσεις, όπως συνηθίζονταν εκείνη την εποχή, πραγματοποιούνταν με μια μακρά σειρά από κάρα που μετέφεραν έπιπλα, πιάτα, κλινοσκεπάσματα και ταπισερί. Το κάστρο είχε χάσει μεγάλο μέρος των επίπλων του και η ευημερία της εποχής του Τομά Μπογιέ ήταν μακριά.

Ο Φραγκίσκος Α' πέθανε το 1547 στο κάστρο του Ραμπουιγιέ. Τρεις μήνες μετά το θάνατό του, ο γιος του Ερρίκος Β' πρόσφερε το Σενονσώ στην ευνοούμενή του Ντιάν ντε Πουατιέ, δούκισσα του Βαλαντινουά. Στη δεξιά όχθη του Σερ, η Ντιάν ντε Πουατιέ δημιούργησε κήπους, που φέρουν το όνομά της. Για να τους προστατεύσει από τις πλημμύρες δημιούργησε αναχώματα και πέτρινους τοίχους. Στη συνέχεια επέβλεψε τη φύτευση των κήπων με λουλούδια και λαχανικά και ποικιλία οπωροφόρων δέντρων.

Το 1552 φιλοξενήθηκαν στο κάστρο ο βασιλιάς Ερρίκος Β', η σύζυγός του Αικατερίνη των Μεδίκων και η όλη η αυλή. Η Ντιάν εμπιστεύτηκε στον αρχιτέκτονα Φιλιμπέρ Ντελόρμ την επιθυμία της να δημιουργηθεί μια γέφυρα ώστε να δημιουργήσει κήπους και απέναντι, και αυτός δημιούργησε την τοξωτή γέφυρα που ενώνει το κάστρο με την απέναντι όχθη του. Ήταν έτοιμη το 1559 αλλά ο βασιλιάς δεν την είδε ποτέ, καθώς ήταν στο Παρίσι, θανάσιμα τραυματισμένος σε ένα τουρνουά.

Μετά το θάνατο του βασιλιά Ερρίκου Β' το 1559, η χήρα και αντιβασίλισσα Αικατερίνη των Μεδίκων ανάγκασε τη Ντιάν να ανταλλάξει το Σενονσώ με το κάστρο του Σωμόν-συρ-Λουάρ. Η βασίλισσα Αικατερίνη έκανε το Σενονσώ την αγαπημένη της κατοικία, προσθέτοντας μια νέα σειρά κήπων. Διέθεσε μια περιουσία στο κάστρο και σε θεαματικές βραδινές συγκεντρώσεις. Το 1560 πραγματοποιήθηκε η πρώτη εμφάνιση πυροτεχνημάτων στη Γαλλία κατά τη διάρκεια των εορτασμών για την ανάρτηση στο θρόνο του γιου της Φραγκίσκου Β'. Η μεγάλη γκαλερί, η οποία εκτείνεται κατά μήκος της υπάρχουσας γέφυρας και διασχίζει ολόκληρο τον ποταμό, δημιουργήθηκε το 1577. Πρόσθεσε επίσης δωμάτια μεταξύ του παρεκκλησίου και της βιβλιοθήκης στην ανατολική πλευρά του κτίσματος, καθώς και πτέρυγα υπηρεσίας στα δυτικά.[4]

Η Αικατερίνη ονειρευόταν μια ακόμη μεγαλύτερη επέκταση του κάστρου, που παρουσιάστηκε σε μια χάραξη που δημοσίευσε το 1579 ο Jacques Androuet du Cerceau στο δεύτερο τόμο του βιβλίου του "Les plus excels bastiments de France". Εάν το έργο αυτό είχε εκτελεστεί, το σημερινό κάστρο θα ήταν μόνο ένα μικρό μέρος ενός τεράστιου αρχοντικού.

Μετά το θάνατο της Αικατερίνης το 1589 το κάστρο πέρασε στη νύφη της, Λουίζα της Λωρραίνης, σύζυγο του βασιλιά Ερρίκου Γ'. Στο Σενονσώ η Λουίζα ειδοποιήθηκε για τη δολοφονία του συζύγου της το 1589 και έπεσε σε κατάσταση κατάθλιψης. Πέρασε την υπόλοιπη ζωή της περιπλανόμενη άσκοπα στους διαδρόμους του κάστρου ντυμένη με πένθιμα ρούχα, ανάμεσα σε μαύρες ταπετσαρίες διακοσμημένες με κρανία και σκελετούς. Καθώς το χρώμα του πένθους για τις βασίλισσες ήταν το λευκό, επονομάστηκε «η λευκή βασίλισσα».