Entre 1664 et 1666, lorsque l'architecte Jacques Bonnassier se vit confier la tâche de reconstruire le château de Castries, il va de soi que ses idées furent fortement influencées par ce qui se passait alors dans l'entourage du Roi Soleil, entre Paris et Versailles. Toute sa contruction témoigne pourtant d'un savoir-faire local que l'on retrouve en particulier dans les assemblages de charpenterie, le profil du chambranle des baies ou encore la parfaite découpe des pierres de construction (stéréotomie). A l'inverse, certains éléments décoratifs, ou l'ensemble même des volumes, sont fortement inspirés des modèles parisiens ou versaillais de l'époque.
L'une des plus importantes transformations requise par le premier marquis de Castries fut de créer, dans l'aile ouest du château, un grand et majestueux salon, dans le dessein d'y faire tenir les Etats du Languedoc. De cette époque date également l'escalier d'honneur de style Louis XIV conduisant à ce salon. Par contre, l'aile détruite lors de l'incendie de 1622 ne fut jamais reconstruite. Sa façade restante sert tout au plus de clôture entre la cour d'honneur et les jardins.
Le parc est naturellement l'autre élément essentiel de ce réaménagement du château. Pour ce faire, le marquis de Castries fit en effet appel au premier jardinier du roi : André Le Nôtre. Pour créer ce parc, ce dernier utilisa le terre-pein correspondant à l'aile brûlée et se servir même des pierres de cette aile pour y édifier une série de terrasses agrémentées de bassins, ménageant de belles vues sur la plaine Montpelliéraine, l'Etang de l'Or et la Méditerranée. Les terrasses, reliées par des rampes, descendent ainsi tout doucement vers le "Jardin à la Française", avec ses allées de grands arbres et sa magnifique ordonnance. Il va de soi que l'alimentation de ces bassins posait un certain problème. Pour le résoudre, René Gaspard de Castries fit alors appel à un jeune ingénieur qui venait de soumettre aux Etats du Languedoc le projet du canal à écluses devant relier l'Océan à la Méditerranée : Paul Riquet. Dans la région, il existait bien une source, celle de Fontgrand, mais éloignée de 7 kilomètres. Grâce au jeune ingénieur bitterois, c'est pourtant l'eau de cette source qui fut amenée jusqu'au château de Castries, grâce à un aqueduc de 6822 mètres, dont une partie bâtie sur arcades. Un travail énorme effectué en l'espace de 6 ans (de 1670 à 1676) grâce à l'aide précieuse de 3000 hommes de la troupe appartenant aux régiments placés sous les ordres du Marquis de Castries. Depuis lors, cette eau alimente toujurs les bassins et les jets d'eau et permet l'arrosage des peupliers et des platanes des allées maîtresses du Parc. Quand à l'aqueduc, il est classé Monument Historique depuis le 8 septembre 1949.