Influencé par les jardins italiens et selon le goût de l'époque, le parc au tracé régulier s'orne de nombreuses statues, copies d'antique ou de chefs d'œuvre comme Apollon et Daphné d'après Le Bernin. A droite du château, le début de l'allée de la Duchesse qui mène aux cascades est encadré par deux sculptures en marbre, La Terre et l'Eau.

Il est un autre édifice, pur chef d'œuvre de l'architecture classique, qu'il ne faut pas manquer : l'Orangerie (1686). Longue de 60 mètres, elle possède de grandes baies cintrées ouvertes au sud. Elle servait de salle de fête en été et abritait en hiver les orangers du parc. Aujourd'hui, un grand nombre de statues qui ornaient le jardin y sont conservées.

L'actuel château, construit entre 1856 et 1862, dans le style néo-Louis XIII en brique et pierre est très élégant avec sa ligne élancée et son haut toit d'ardoise. Cependant, malgré les sculptures qui entourent les lucarnes, la façade paraît austère. A l'intérieur, la décoration s'inspire des styles Louis XIV et Louis XV notamment au rez-de-chaussée consacré aux pièces de réception. Le superbe salon d'honneur présente des lambris blanc et or ainsi qu'une cheminée en marbre rouge carmin et beige. Sa double exposition, les six grands miroirs et les grandes ouvertures en font une pièce de réception majestueuse et très lumineuse. Sont accrochés aux murs des portraits des artistes qui ont travaillé à Versailles et à Sceaux : Le Nôtre et Le Brun. Son précieux mobilier d'époque Louis XVI est estampillé J.B. Boulard (1725-1789) ébéniste qui, lui aussi, a travaillé à Versailles.

S'en suit un petit salon aux murs tendus de tissu rouge, appelé salon Mortier de Trévise, du nom des occupants du château dès 1829. Elle présente de prestigieux fauteuils offerts par Napoléon 1er au Maréchal Mortier de Trévise, recouverts d'une soierie rose brochée d'or, executés par l'ébéniste Pierre Benoît Marcion (1769-1840). Remarquez le magnifique parquet en bois exotiques et précieux aux motifs de fleurs.

　Au centre, un salon ovale montre de superbes lambris aux couleurs turquoise, blanche et dorée qui sont décorés de trophées d'instruments de musique. Dans les vitrines se trouve une exceptionnelle collection du XVIIIe siècle de faïences de Sceaux à décor polychrome. La manufacture de Sceaux (1748-1879) est connue pour sa faïence japonnée, faïence fine qui imite la porcelaine tendre. Sa production (trompe l'œil, terrines, services...) est caractérisée par un décor aux couleurs très vives et des petits groupes de personnages inspirés de la vie pastorale.

La salle à manger évoque, entre autres, les fastes du duc et la duchesse du Maine, propriétaires du château à partir de 1700. Protectrice des arts, des lettres et des sciences, la duchesse (1676-1753) s'entoure d'une cour brillante venue se divertir à Sceaux alors qu'on s'ennuyait à Versailles. Le Festin de Didon et Enée (1704), chef d'œuvre du peintre François de Troy (1645-1730), représente le duc et la duchesse en héros de la mythologie entourés de leur cour. La décoration de cette salle est élégante avec sa seule cheminée et ses accès entourés de marbre rouge. Une somptueuse commode (vers 1730) en laque noire attribuée à Bernard II Van Risamburgh (B.V.R.B.) (1696-1765) et ayant appartenu à la duchesse montre le goût que l'on avait à cette époque pour l'Orient et pour les décors de pagodes, de bateaux et de ponts.

Le grand escalier retient l'attention par son beau volume agrémenté d'une ornementation en trompe l'œil (faux marbre). Au plafond, remarquez quatre médaillons au profil des rois de France (Charlemagne, Saint-Louis, François 1er et Louis XIV). Du rez-de-chaussée, une magnifique rampe en fer forgé mène au premier étage. Ici, le musée présente dans la première salle, les résidences royales et princières d'Ile-de-France dont certaines furent détruites comme Le Château et le Parc de Méréville (1786-87), connu pour la beauté de ses jardins et peint par Hubert Robert (1733-1808). D'autres ont été modifiées : La Vue du château de Versailles sur le parterre d'eau (vers 1675) montre que la terrasse située au premier étage, a été supprimée par Jules Hardouin-Mansart lors de l'aménagement de la galerie des Glaces (1687). Dans la vitrine centrale se trouve un très beau service de porcelaine dure (entre 1805-1817) de la Manufacture des Frères Darte dont le décor représente sur fond bleu et or de charmantes vues des environs de Paris.