Françoise de Dinan initie les travaux de rénovation partielle du vieux logis et du donjon. Une vaste salle seigneuriale, la salle Verte est construite. Reliée au donjon par une galerie, elle témoigne du désir des élites de l'époque d'adosser les pièces d'habitation au donjon, emblème du pouvoir seigneurial.
La magnificence du Logis Neuf édifié par Jean de Laval reflète le prestige de sa charge : pilastres ornés de médaillons, de losanges et croisées de tuffeau d'Anjou qui remplace le schiste.
Le second Logis qui prolonge le précédent est plus ambitieux encore. Une réalisation où le luxe s'affiche dans la parfaite maîtrise du vocabulaire architectural de la façade, dans l'alternance entre pilastres et niches circulaires et dans la superposition des ordres : ionique au rez-de-chaussée et corinthien à l'étage.
La grande galerie avec son escalier monumental aux voûtes à caissons, ses marches de schiste bleu, les jeux de couleurs basés sur les contrastes entre enduits, tuffeau et schiste, les peintures murales sont autant d'éléments admirables.
Le roi François Ier vint en personne au château de Chateaubriant signer une partie des édits de ratification de la Bretagne à la France en 1532. C'était pour lui l'occasion de revoir sa maîtresse, Françoise de Foix.
On peut visiter la fameuse Chambre Dorée dans laquelle elle fut retrouvée morte dans la nuit du 16 octobre 1537, victime dit-on de la jalousie de son époux, Jean de Laval. Son décès a donné naissance à une légende : recluse dans cette chambre, elle aurait été assassinée par son mari jaloux et une mare de sang réapparaitrait tous les ans devant la cheminée.
La chambre dorée est le seul intérieur de l’ensemble Renaissance accessible toute l’année. Réaménagée un siècle plus tard, cette pièce conserve un plafond à caisson et un ensemble remarquable de boiseries.
L'enceinte du château de Chateaubriant est ouverte aux visiteurs toute l'année et l'entrée est gratuite. Un bureau d'accueil est également à disposition pendant les heures d'ouverture. La grande majorité des intérieurs ne se visite pas, à l'exception de la Chambre dorée, dont l'entrée est elle aussi gratuite. La Grande Galerie, l'escalier d'apparat ainsi que le chemin de ronde de la haute-cour sont eux aussi en accès libre.
Certaines salles du Bâtiment des Gardes sont ouvertes au public lors d'expositions temporaires. Le Bâtiment des Gardes accueille tous les ans des expositions temporaires gratuites. Celles-ci sont généralement axées sur l'histoire locale. Le château a ainsi accueilli l'exposition « Voyages au siècle de Victor Hugo » en 2004, qui présentait la vie, l'œuvre et les voyages de Victor Hugo, dont les parents se sont rencontrés à Châteaubriant.
L'ensemble du château est ponctué de 25 panneaux explicatifs qui forment un parcours d'interprétation. Les visites guidées permettent de découvrir quelques lieux habituellement fermés, comme la chapelle.
Le château de Chateaubriant sert aussi à des reconstitutions historiques médiévales. Il accueille aussi, avec le château de Clisson et le domaine de la Garenne-Lemot, des spectacles de la programmation des « Beaux Jours », organisés par le conseil général. Pendant l'été, des concerts, des spectacles de danse ou encore du théâtre en plein air y sont ainsi proposés.