Depuis 1989, par convention avec la Fondation Charles Léopold Mayer pour le progrès de l'homme, le Conseil régional d'Ile-de-France, assure la gestion du domaine et son ouverture au public.
Après une campagne de fouilles archéologiques, l'architecte en chef des monuments historiques est intervenu au château du bas et au château du haut. Avec l'Agence régionale des espaces verts, les paysagistes Alain Cousseran et Allain Provost ont remis en état les ouvrages hydrauliques, consolidé les berges, curé les étangs, rétabli les perspectives sur les terrasses Renaissance et replanté 441 arbres d'alignement.
Depuis 2002, le Conseil régional d'Ile-de-France, en partenariat avec le Conseil général du Val-d'Oise, ont installé La Source dans les communs du manoir de Ninon. Cette association fondée par le peintre et sculpteur Gérard Garouste veut développer le potentiel créatif des enfants et des adolescents du Vexin, en organisant des ateliers de pratiques, conduits par des artistes en résidence, et des expositions de leurs travaux.
En 758, le roi Pépin le Bref (vers 715-768) donne à l' abbaye de Saint-Denis plusieurs terres à Villarceaux. Ce noyau est peut-être à l'origine du prieuré féminin de Sainte-Madeleine, fondé par Louis VII le Jeune (1137-1180) dans le château dit du Couvert.
Remanié au XVIe siècle puis reconstruit au XIXe siècle dans un style néo-gothique, il sert aujourd'hui de club-house au golf. Depuis qu'il a été vendu aux enchères en 1975, le domaine de Villarceaux ne compte ainsi plus trois, mais deux châteaux.
Les défenses de la maison-forte médiévale, dont les vestiges ont été mis au jour par les archéologues, ont été renforcées au XVe siècle puis adoucies au XVIe siècle. Les sources qui perlent dans le petit vallon où s'est installé ce château du Bas ont permis, au Moyen Âge, la création d'un réseau hydraulique favorable au maraîchage et à la pisciculture.
À la Renaissance, le jardin nourricier se transforme en jardin de plaisir. Douves et chemins de ronde sont ré-aménagés en canaux et terrasses. À l'est, une charmille fait vis-à-vis au jardin des simples. L'eau miroite, murmure ou cascade dans les fontaines et les vasques. Les broderies de buis sur l'eau, presque uniques en Europe, sont l'un des rares exemples rescapés de cet élément importé d'Italie qui, elle-même, l'a emprunté aux Arabes. Pour arriver à l'île ronde de Cythère et s'adonner au culte d'Aphrodite, les amants et les amoureux devront parcourir des parterres labyrinthiques disposés en deux files de six et strictement cloisonnés. Ce dessin est nettement influencé par Le songe de Poliphile, rêverie philosophique dont le héros erre dans un jardin allégorique et qui fut imprimée à Venise en 1499.
Le bassin des huit jets — source de jouvence de la jolie Ninon — et celui de la demi-lune remontent au XVIe siècle, la cascade et le miroir où la jeune femme se baignait nue, l'étang en croix de la Vinette et le grand étang au tracé irrégulier autour duquel s'articulent de nouvelles fontaines, bassins et bosquets, au XVIIe siècle. Pour son amant Louis de Mornay, qu'il avait fait capitaine de sa meute royale pour le lièvre et le renard, Louis XIV (1638-1715) érige en marquisat la terre de Villarceaux.
De 1755 à 1759, l'architecte Jean-Baptiste Courtonne (vers 1711-1781), érige une grande maison de plaisance pour Charles Jean Baptiste du Tilet, marquis de La Bussière et de Villarceaux. Conçu sur le modèle classique de l'hôtel entre cour et jardin, le château du Haut s'intègre dans un parc à la française qui remplace la forêt d'origine. Les pelouses qui glissent jusqu'au grand étang sont traitées de manière théâtrale, selon des ryhmes différents : la première, qui ménage une vue admirable sur le paysage environnant, descend en pente douce au pied de la façade méridionale ; elle se poursuit par un vertugadin spectaculaire, disposé en amphithéâtre sur deux terrasses ; la dernière est une longue étendue gazonnée et plantée d'arbres en lisières ; huit statues à l'antique, provenant du palais Altieri à Rome et de la villa d'Este à Côme, ponctuent cette promenade.
Au sommet de la colline, des allées rayonnantes bordées d'arbres strictement taillés dégagent des perspectives remarquables sur la façade arrière du château. L'orangerie, les serres, la glacière et les deux citernes permettant l'arrosage des parterres et prairies ont été édifiées à la fin du XIXe siècle.
Au nord, l'entrée principale du parc est fermée par une grille Louis XV surmontée des armes de la famille des Villefranche et de Mérode. À l'est, la grille des Tourelles frappe par ses maçonneries imposantes. Quant à la grille sud, elle donne accès au vieux château aujourd'hui occupé par les ateliers de l'association La Source.