Dès l’origine, un parc d’une trentaine d’hectares encore fortement inspiré par la Renaissance entoure le château. Ce premier parc est transformé et agrandi de 1739 à 1763 sous la conduite de l’architecte Pierre Contant d’Ivry. La physionomie actuelle et la majorité des bâtiments toujours visibles tirent leur origine de cette période. Ainsi, placé proche du village face aux communs, l’auditoire (1741) était l’attribut visible du droit de justice que possédaient les comtes de Chamarande.
A côté, sur sa droite, se situe le potager (1739), dont le terrain est drainé grâce à des sources canalisées et l’eau redistribuée par un réseau de bassins que l’on devine toujours aujourd’hui. Grâce aux livres de compte du XVIIIe siècle, on sait que l’on y cultivait des pois, des lentilles, des choux-fleurs, des asperges...
Le buffet d’eau (1749) est la seule fontaine du XVIIIe siècle à être parvenue jusqu’à nous. Cependant, elle a fréquemment été restaurée et a perdu son décor sculpté originel. En effet, les deux sculptures situées dans la partie haute ne sont pas de beaucoup postérieures à 1913. Ces allégories de fleuves sont des copies de celles que l’on trouve dans les jardins de Versailles. On peut identifier deux cours d’eau : la Garonne, figure de vieillard-fleur et la Dordogne, figure de femme allongée. L’hiver, il était nécessaire de protéger les arbres exotiques pendant la saison froide. Ainsi des orangers, mais aussi des citronniers, des lauriers, des grenadiers et des géraniums étaient rentrés dans l’orangerie (1761) aux environs du 15 octobre pour n’être ressortis que vers le 1er mai.
Près de là, on sait que dès l’origine, trois bustes représentant les Grâces, filles de Zeus, ornaient le centre de la niche de ce cabinet d’où l’appellation de cabinet des Grâces. A proximité, la glacière (1742) permettait de rafraîchir les boissons ou de confectionner des sorbets. Plusieurs documents nous sont parvenus permettant d’analyser le jeu de l’oie (1752), création évoquant les labyrinthes de verdure. Un projet aquarellé de Contant d’Ivry daté de 1742 présente un espace organisé en spirale comportant 63 cases. A l’emplacement de chaque niche est figurée une stèle, supportant sans doute des sculptures ou matérialisant une numérotation pour le jeu. Excepté les vestiges du pavillon (socle et bases de colonnes toscanes), rien ne subsistait de ce jeu de l’oie.
Sur la base de ce constat, le conseil général de l’Essonne a néanmoins souhaité restituer ce lieu en 1999. A défaut d’une reconstitution complète, le spectateur pourra retrouver ici l’évocation et l’esprit du jardin du XVIIIe siècle. Enfin, le pavillon belvédère (années 1740) devait être un lieu privilégié pour tenir salon, écouter un peu de musique, discuter, etc. L’absence d’un mur d’enceinte (remplacé par un fossé appelé saut de loup) permet de plus d’embrasser du regard un large paysage extérieur.
Dès les années 1780, le parc est en partie transformé à l’anglaise par la création d’une île entourée d’une pièce d’eau, probablement sous la conduite du peintre paysagiste Hubert Robert. Dans la deuxième moitié du XIXe siècle, les parties du parc inchangées depuis le milieu du XVIIIe siècle prennent également un aspect à l’anglaise. Tombé en désuétude dans les années 1970, le parc a été réhabilité à la fin des années 1990 par l’architecte paysagiste Jacques Sgard.