Le château a été bâti en 1483 par Guillaume d'Avaugour, époux de Perette de Baif, tante de Jean-Antoine de Baïf, poète et ami de Ronsard et membre de la Pléiade.

La tombe de Perette de Baif se trouve dans l'église de Courtalain.

Au xviie siècle, le château entra dans la maison de Montmorency par le mariage de Jacqueline d'Avaugour avec Pierre II de Montmorency. Neuf générations de Montmorency se sont succédé à Courtalain. Une brève parenthèse de l'histoire du château lors de la révolution française, laissa la gestion à un maréchal ferrant et un bouché qui s'y installèrent avant d'être rapidement chassés par le retour des propriétaires lors de la restauration.

Courtalain est entré en 1862 dans la maison de Gontaut-Biron par le mariage de la nièce du dernier duc de Montmorency avec le jeune Louis de Gontaut-Biron. Aujourd'hui, le château est habité par les descendants directs, la marquise de Gontaut-Biron et son fils Anne Charles de Gontaut-Biron, dont l'épouse est Marie de Roussy de Sales.

Aujourd'hui, le domaine est dirigé par Anne Charles de Gontaut-Biron. Il y propose l'organisation de mariages, de chambres d'hôtes et d'événements en tout genre.

L’aîné de la nouvelle génération, Armand de Gontaut-Biron, devra conjuguer sa carrière avec la possibilité de reprendre un domaine délaissé par le peu de modernisations apportées aux monuments d'époques aujourd'hui vétustes. Un problème récurrent dans les demeures familiales difficilement rentables.

Courtalain est un château vivant où plusieurs types d'architecture se superposent, Renaissance, néogothique anglais et XVIIIe siècle.

Un très beau jardin anglais sert d'écrin à ces bâtiments imposants. Composé d'arbres anciens tel que des cèdres directement importés du Liban, le parc offre un isolement naturel hors du commun.

Le château et ses dépendances sont inscrits au titre des monuments historiques