La famille Barthelot est présente dans le Mâconnais dès le XVIe siècle. Claude (±1533-1611), natif de Bois-Sainte-Marie, acquiert des fonds à Ozenay, puis la seigneurie même du lieu, vers 1603, lorsque les Chanay en sont dépossédés, suite à un revers de fortune.
L’empreinte des Barthelot s’affirme avec son petit-fils, Henri (1618-1665) et avec l’épouse de ce dernier, Marguerite Chappuys (1627-1701), laquelle, une fois veuve, tint avec fermeté les rênes de la famille. Le couple, dont les armes conjointes sont conservées dans les archives du château, est responsable des extensions du XVIIe siècle. L’aménagement d’une vraie gentilhommière s’imposait, car, en assumant la fonction de secrétaire du roi (en l’occurrence, du jeune Louis XIV), Henri a permis à sa famille de prendre rang dans la noblesse de Bourgogne.
À partir de 1780 environ, les Barthelot d’Ozenay portent le titre de marquis. Philibert Éléonor (1729-1804), arrière-petit-fils d’Henri, a fière allure dans le grand portrait qui orne encore le château. Survient la Révolution : le citoyen Barthelot est assigné à résidence dans son hôtel de Mâcon ; il y meurt quelques mois avant que les Lamartine n’acquièrent les lieux et qu’un jeune poète ne s’y livre à ses premières « Méditations ».
Les Barthelot réintègrent alors le château d’Ozenay. La famille — bientôt dénommée de la Barge de Certeau Barthelot d’Ozenay (à la suite d’une adoption) — fournit à la commune trois maires dévoués, dont Christian (1920-2012), père des propriétaires actuels.