Pour accéder à l’intérieur du château, le visiteur dispose de deux portes d’entrée, situées au fond de la cour d’honneur. L’une, dans l’angle sud-ouest, comporte un seul vantail et appartient probablement aux travaux réalisés autour de 1500 ; elle donne accès aux pièces du rez-de-chaussée héritées de l’ancienne maison forte et à un escalier à vis. Ce dernier mène d’une part aux chambres de l’étage noble et d’autre part à un passage vers le donjon, puis aux combles du château.
L’autre porte, à doubles vantaux, a été placée au centre du grand corps de logis. Cette entrée dégage sur un large escalier droit en pierre, qui constitue l’axe des aménagements accomplis par les Barthelot au XVIIe siècle.
La pièce la plus remarquable du château fait partie de ces aménagements : il s’agit de la grande salle de l’étage ; celle-ci conserve une cheminée monumentale, pourvue d’un trumeau orné d’un décor peint, de style rocaille, qui intègre cinq cartouches armoriés (évoquant les Barthelot d’Ozenay et leurs alliances successives).
Dans le prolongement de la grande salle, une chambre à alcôve est décorée de boiseries en chêne, agrémentées de dessus de portes et de cheminée peints en camaïeu de gris bleuté, lesquels illustrent des récits du fabuliste grec Ésope mettant en scène des renards.
Le décor intérieur du château a été progressivement renouvelé au XVIIIe siècle, notamment par l’apport de décorations stuquées, puis sous les Premier et Second Empires. Les nombreux portraits de membres de la famille Barthelot accrochés dans les pièces du château narrent la riche histoire des lieux.