La Renaissance
Les co-seigneurs de Fontaine-Française au XVIe siècle, le cardinal de Givry, Françoise de Longwy et l'amiral Chabot, sont l'incarnation même de la Renaissance. Claude de Longwy, évêque de Langres, duc et pair de France en 1528, cardinal de Givry en 1533, faisait partie des personnages les plus en vue du royaume. Sa nièce, Françoise de Longwy, tint une place tout aussi importante à la cour de France. Nièce de François Ier par sa mère, elle avait épousé en 1527 Philippe Chabot-Brion, comte de Charny, grand amiral de France et gouverneur de Bourgogne.
Claude de Longwy transforma le château vers 1540-1550. D'après les recherches de R.E. Gascon, il fit couvrir les tours et les courtines de charpentes supportant des toits de tuiles et « la tour du guet, au-dessus du pont-levis, fut élevée à plus de cent pieds de hauteur » (plus de 32 mètres). Il suréleva le bâtiment d'habitation, ajouta des ailes en retour et fit couvrir le tout de tuiles vernissées. Les éléments subsistant dans la toiture actuelle sont verts, jaunes, rouges et noires. Le motif choisi est inconnu. Le point de Hongrie, ici présenté, s'inspire de certaines réalisations dijonnaises du XVIe siècle.
Le cardinal fit démolir la chapelle extérieure et intégra dans le nouveau bâtiment un lieu de prière si magnifique qu'un visiteur écrivit que « c'était un bijou à mettre dans un écrin». Celle-ci était couverte d'une voûte en pierre cintrée, et les armoiries du cardinal s'y trouvaient en vingt endroits différents. On remarque que les cuisines et offices restèrent dans leur annexe, à l'est de la tour d'entrée.
Le château comprenait également des bâtiments de service : écuries, granges à foin et pour la dîme, pressoir, colombier (symbole de prestige), poulailler, garenne, etc., sans que l'on puisse déterminer exactement leur répartition à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enceinte. François Ier séjourna à deux reprises à Fontaine, le 10 janvier 1534 et les 27-28 septembre 1535.