Le château d’Ombreval est mentionné pour la première fois dans les archives en 1458, où il est qualifié de maison de plaisance ou maison des champs. Sa forme originelle n’est pas connue.

Le 18 juin 1630, Camille de Neuville de Villeroy achète le domaine d’Ombreval et entreprend, dès 1653, d’importants travaux qui donneront au château son aspect actuel, à l’exception des toitures qui sont plus récentes. En avant de la façade côté ouest (vers la Saône et le vieux mur de clôture datant probablement de l’époque de la construction, se trouvaient des jardins à la française) dessinés dit-on par Le Notre, ou l’un de ses élèves.

La façade principale, donnant sur le parc, est surmontée d’un fronton triangulaire et flanquée de deux tours d’angle. Ce corps de bâtiment est dominé par une tour plus haute coiffée d’une toiture de tuiles vernissées. Côté sud, un pont enjambant les anciennes douves permet d’accéder à la cour de l’édifice au fond de laquelle se trouve un péristyle formé d’arcades en plein cintre. Deux corps de bâtiment plus étroits clôturent la cour au Nord et à l’Est. Les fenêtres à meneaux ont été conservées.

Depuis 1961, le château est devenu l’Hôtel de Ville de Neuville-sur-Saône et les anciens jardins un parc ouvert aux habitants, agrémenté de bassins et de jeux pour enfants, et dans lequel se déroulent de nombreuses animations tout au long de l’année.