Le fief de Merlieu est mentionné à la fin du 13e siècle (Dufour) ; la succession des propriétaires est donnée par la bibliographie (familles Piney au début du 14e siècle, puis Barges, alliée aux Tréméolles, jusqu'au milieu du 15e siècle, Puy du Périer, enfin de Meaux à la fin du 18e siècle). Le château est représenté sur la carte de Cassini (2e moitié du 18e siècle). La partie la plus ancienne des bâtiments est sans doute la tour d'escalier située à l'angle sud-ouest de la cour (fenêtres à cavet et congé, du 15e ou 16e siècle), avec le corps de bâtiment qu'elle dessert (nord-ouest). L'aile nord est datable du 17e siècle ; l'aile sud aurait été reconstruite en moellon de granite après un incendie au 18e siècle (Savigneux hier...). Les élévations présentent plusieurs encadrements à moulurations datables du 15e ou 16e siècles, en remploi : façade nord de l'aile sud, près de la tour d'escalier ; élévation est de l'aile nord, porte haute ; tourelles angulaires, fenêtres du comble. Un portail du 15e siècle est également remonté du côté nord de la première cour de communs précédant l'avant-cour du château. Pendant la Révolution, le domaine appartient à Camille de Meaux, dit le chevalier de Merlieu, fusillé à Lyon en 1793. Ses héritiers récupèrent le domaine : dans le 1er quart du 19e siècle, le propriétaire est Régis de Meaux (parcelle A 303, maison, et pacelles environnantes, dont A 299 : vigne). Le château a été remodelé dans la 1ère moitié du 19e siècle (ouvertures, dont les grandes portes sur cour au rez-de-chaussée ; balcon à l'angle sud-ouest ; abords, avec le portail axial et le mur de clôture ; glacière). Au décès de Régis de Meaux sans héritier direct en 1866, c'est à son petit-neveux Camille de Meaux qu'échoit le domaine de Merlieux (environ 230 ha ; Gerest). Camille de Meaux, député légitimiste, sénateur et ministre du gouvernement de Broglie, époux d'Élisabeth de Montalembert, réunit dans la 2e moitié du 19e siècle le patrimoine de plusieurs branches de la famille (dont le château de Quérézieux, où il réside; voir IA42002471). Qualifié de "mécène agricole éclairé" (Gerest), il s'intéresse à la modernisation de l'agriculture sans être très présent sur ses terres. A sa mort en 1907, son patrimoine est divisé ; Merlieux revient à son fils aîné Charles, puis la fille de celui-ci, Marie-Pierre, épouse Rouillé d'Orfeuil ; le domaine compte encore 193 ha dans la commune en 1974.