Van Catherine de’ Medici tot aan Diane de Poitiers
Koningin Catherina de’ Medici’, echtgenote van koning Hendrik II, koopt het Kasteel in 1550. Het landgoed is dan zeer winstgevend (tolgeld uit de Loire en veel landbouwgrond). Vermoedelijk gebruikte zij Chaumont voor jachtevenementen en om er onderweg van Amboise naar Blois te overnachten.
Bij de dood van Hendrik II in 1559, tijdens een toernooi, werd Catherine de’ Medici regentes en verzoekt zij haar vroegere rivale Diane de Poitiers haar het Kasteel van Chenonceau terug te geven. Dit geschenk van de koning was immers haar onvervreemdbaar recht, omdat het tot de kroon behoorde. In ruil ervoor schonk ze het Kasteel van Chaumont. De vroegere maîtresse van Hendrik II verbleef slechts af en toe op Chaumont, maar onderhield haar residenties met zorg en zette de bouw van het Kasteel voort tot aan haar dood in 1566. Chaumont kreeg grotendeels dankzij haar zijn huidige vorm. Bij haar aankomst in het Château de Chaumont zet Diane de Poitiers de eerder begonnen werkzaamheden voort en rondt ze af, onder andere de hooggelegen verdiepingen van de oosterse vleugel en de ingangspoort. Ze laat de rondegang met machicoulis bouwen en zet hier haar 'handtekening' op: twee ineengestrengelde 'D' voor de eerste letter van haar voornaam; een jachthoorn, een boog, een pijlenkoker, pijlen en drie cirkels voor de godin van de jacht, Diane, die al vanaf de oudheid wordt verbonden aan de koude straling van de maan.
Haar dochter, die het landgoed erft, is de eerste die de wens te kennen geeft om het Kasteel in 1573 van een park te voorzien. Ze overlijdt echter het jaar daarop, waarmee het plan voor de tuinen in de vergetelheid raakt.
Aan het einde van de 16e eeuw wordt het kasteel eigendom van Henri de la Tour d'Auvergne. Onder Hendrik IV wordt Scipion Sardini, bankier uit Lucca, de eigenaar (zijn familie en bondgenoten houden het bijna een eeuw lang); vervolgens, onder Lodewijk XIV, wordt Paul de Beauvillier, hertog van Saint-Aignan, de eigenaar.
