En franchissant la grille ornée des aigles impériales, on découvre la cour d’Honneur qui témoigne de la diversité architecturale de Fontainebleau. Elle est bordée au Nord par l’aile des Ministres qui date de la Renaissance, reconnaissable au F de François Ier, et au Sud par l’aile Louis XV, élevée au XVIIIe siècle. Au fond se dresse un corps de bâtiment édifié au XVIe siècle et transformé à plusieurs reprises, auquel on accède par le monumental escalier en Fer-à-cheval bâti sous le règne de Louis XIII. C’est là qu’en 1814, Napoléon Ier fit ses fameux Adieux à la Garde.
Cette aile abrite la chapelle de la Trinité. Sous la voûte décorée par Martin Fréminet, peintre d’Henri IV, plusieurs noces royales furent célébrées, comme celles de Louis XV et Marie Leczynska en 1725. C’est dans cette même chapelle que le futur Napoléon III fut baptisé dans les bras de son oncle en 1810.
Pour relier la chapelle à ses appartements, François Ier fit construire une spectaculaire galerie où les lambris, les stucs et les fresques des Italiens Rosso et Primatice forment un décor qui marqua durablement la création artistique européenne sous le nom d’« École de Fontainebleau ».
Un peu plus loin, entre cour et jardins, s’ouvre la salle de Bal, lieu de fêtes et de plaisirs esthétiques décoré par Nicolo dell’Abate à la demande d’Henri II et de Catherine de Médicis. En y invitant ces artistes italiens qu’ils affectionnaient tant, les rois mécènes ont fait du château de Fontainebleau un haut lieu de la Renaissance et de l’humanisme.
Les décors de Fontainebleau témoignent de siècles de transformation des goûts et des usages. Dans l’escalier du roi voulu par Louis XV, la majestueuse et sensuelle élégance des grands nus féminins en stuc de la Renaissance rappelle qu’auparavant se trouvait là la chambre de la duchesse d’Étampes, maîtresse de François Ier. Les salles Saint Louis, situées dans le donjon, évoquent le passé médiéval du château. Tout proche, le « cabinet ovale », décoré par le Flamand Ambroise Dubois à la demande d’Henri IV, vit naître Louis XIII.
Plus loin, on croise l’immense galerie de Diane, transformée en bibliothèque sous Napoléon III avant de pénétrer dans la fastueuse chambre de l’Impératrice, occupée par toutes les souveraines de Marie de Médicis à l’Impératrice Eugénie. Le merveilleux lit surmonté d’un « amour » qui pose un doigt sur ses lèvres était destiné à Marie-Antoinette, mais c’est Joséphine, l’épouse de Napoléon Ier, qui l’occupera. À partir de sa chambre, la Reine ou l’Impératrice pouvait rejoindre ses appartements privés, plus intimes et loin des contraintes de l’étiquette. Le boudoir d’Argent, créé pour Marie-Antoinette, témoigne de l’extrême raffinement de leur décor.
Les portes s’ouvrent enfin sur la chambre du Roi, à laquelle les courtisans accédaient après avoir traversé antichambres et cabinet de travail. Napoléon Ier la transforme en salle du trône, la dernière conservée aujourd’hui en France.
À Fontainebleau, les souverains ont préservé l’héritage des siècles passés tout en adaptant les lieux à leurs propres usages pour former une synthèse que Napoléon Ier qualifiera dans ses mémoires de « vraie demeure des rois ».