Le château est situé sur une colline boisée d'une hauteur de 481 mètres, il domine de près de 200 mètres la vallée du Serein à l'Ouest et celle de l'Armançon à l'Est. Il a été construit sur l'emplacement d'un oppidum de l'époque Celtique daté de l'Age du Bronze Final. La présence du château sur le site est attestée dès 1016 dans le cartulaire de Flavigny, l'occupation du site a durée jusqu'au 17ème siècle. L'enceinte du château est un polygone de 125 mètres du Nord au Sud et 70 mètres d'Est en Ouest, ceinturée d'un fossé et deux tours flanquent l'enceinte au Nord et à l'Est. Dans cet enclos se trouvent les logis, une chapelle, les bâtiments agricoles et les jardins. Dans la partie Nord il reste les traces de 16 canonnières, un système qui se poursuit à l'Est, les modifications ont été apportées aux 15ème et 16ème siècles. La basse cour est composée de deux restes de bâtiments, sans doute des bâtiments de confort qui contiennent deux belles cheminées, le réduit seigneurial comprend un bâtiment d'habitation, une tour de guet de 25 mètres de hauteur et quatre niveaux. Il y a aussi le cellier, sans doute le témoignage le plus ancien de l'occupation du site de Thil, les traces les plus anciennes datent du 13ème siècle. La chronologie est assez compliquée, la tour et la résidence dateraient de la fin du 14ème siècle, période à laquelle l'espace est redéfini avec la création du réduit seigneurial.
Depuis 2008 le propriétaire du château organise chaque année une fête médiévale. Pendant deux jours le château accueille animations et exposants sur le thème du Moyen Age.