Lâu đài nằm ở thành phố Fontainebleau, cách thủ đô Paris khoảng 50 km về phía Nam, nằm giữa một khu rừng rộng tới 17.000 ha. Ban đầu nơi đây là khu săn bắn nằm ở ven rừng Fontaineblea của các vị vua Pháp trong suốt 8 thế kỷ. Mỗi vị vua đến ở đây trong hai tháng vào mùa đi săn và đều cho xây dựng thêm các toà nhà có kiến trúc thời Trung cổ. Sau nhiều đời vua, tòa lâu đài này đã ngày càng rộng lớn và là dinh thự hoàng gia của nước Pháp từ thời vua Francois I cho tới thời Hoàng đế Napoleon III. Lâu đài Fontainebleau gồm hai phần kiến trúc, kiến trúc cung điện và kiến trúc công viên.
Tòa lâu đài đầu tiên được xây dựng vào năm 1137. Đến năm 1214, dưới triều đại vua Saint Louis (1214 – 1270) lâu đài được nới rộng quy mô. Năm 1494 – 1547, dưới triều đại vua Francois, lâu đài tiếp tục được xây dựng và tân trang theo kiến trúc Phục Hưng. Vua Francois đã cho phá hủy nhiều phần công trình cũ để xây dựng mới và ông mời họa sĩ người Italia Rosso Fiorentino tới thiết kế và phụ trách xây dựng. Vua Francois còn đích thân thị sát, theo dõi tiến trình xây dựng và trang trí lâu đài. Trong lâu đài có một hành lang dài tới 60 mét trưng bày nhiều bức tranh đắt giá, nổi tiếng của thời kỳ Phục Hưng. Phòng khiêu vũ của lâu đài có diện tích lên tới 300 m2 được thiết kế vô cùng lộng lẫy, xa hoa để đáp ứng các buổi yến tiệc hoàng gia.
Lâu đài Fontainebleau được hoàn thành dưới thời vua Henri II, con trai của François I và trở thành hình mẫu trong kiến trúc ở khắp khu vực Tây Âu. Trong thời kỳ diễn ra cách mạng Pháp, toàn bộ đồ đạc của Lâu đài Fontainebleau đã bị mang đi. Lâu đài trở thành trại lính và sau đó là nhà tù. Năm 1804, hoàng đế Napoléon đã khôi phục lại vị thế của Fontainebleau khi trưng bày lại đồ đạc và thường xuyên tổ chức những buổi tiệc, buổi hòa nhạc tại đây. Năm 1814,hoàng đế Napoléon đã ký tuyên bố thoái vị tại đây. Năm 1946, Lâu đài Fontainebleau là nơi diễn ra Hội nghị Fontainebleau lịch sửvề hòa bình cho Đông Dương giữa chính phủ Pháp và chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa.
UNESCO đã công nhận Lâu đài Fontainebleau của Pháp là Di sản văn hóa thế giới năm 1981.