První historické zmínky o zámku sahají do 13. století, ale zámek tak jak ho známe dnes vznikal v 16. století. Na žádost francouzských králů ho do dnešní podoby přestavěli italští architekti. Zámek Fontainebleau může hrdě prohlašovat, že byl suverénním sídlem králů po osm století. V těchto zdech žili rodiny Capétiens, Valois, Bourbons, Bonaparte a Orléans, všichni členové francouzských vládnoucích dynastií. Králové a královny, císaři a císařovny - ti všichni se snažili udělat vlastní vylepšení zámku a původní panství se tak rychle stalo obrovským palácem, ve kterém se odehrálo mnoho významných historických událostí.
Zámek leží asi 55 kilometrů jižně od Paříže v hustě zalesněné oblasti, která se stává víkendovým cílem pařížanů. Přesto není ale zámek tak hojně navštěvován jako například Versailles. Pro svou mimořádnou historickou hodnotu byl v roce 1981 celý zámek i s parkem zařazen na Seznam světového dědictví UNESCO.