Le château de Fontainebleau avait vu se dérouler les dernières campagnes de travaux de l’Ancien Régime en 1786-1787. Puis arriva la tourmente révolutionnaire qui, dans les premiers temps, ne l’avait pas frappé trop durement. Mais en 1794 la Convention décida de mettre aux enchères une partie des meubles et d’en utiliser une autre partie dans les bureaux officiels. Des dégradations se produisirent mais la destruction totale des bâtiments fut évitée.
Paradoxalement, pendant toute cette période, le château avait néanmoins été affecté à des utilisations variées : entrepôt, hôpital, caserne, prison, logement de vétérans, mise en place de l’Ecole Centrale de Seine-et-Marne en 1796 ou installation de l’Ecole Spéciale Militaire en 1803 par le Premier Consul (transférée à Saint-Cyr en 1808). En fait, ce furent des installations plus ou moins provisoires et inadaptées, qui avaient plus contribué à sa dégradation qu’à son entretien et à sa mise en valeur.
Mais en 1804 Napoléon décide de renouer avec un certain nombre de traditions d’Ancien Régime et remet en valeur les anciennes demeures royales, qu’il entend réutiliser. Parmi celles-ci, le château de Fontainebleau deviendra l’une de ses résidences favorites.

À l’extérieur, l’aménagement le plus notable fut la transformation de la cour du Cheval blanc (1) en grande cour d’entrée. Ayant fait abattre les bâtiments de l’aile ouest, Napoléon fit placer l’actuelle grille d’honneur (2), exécutée par le serrurier Mignon sur les dessins de l’architecte Heurtault : la porte centrale est encadrée de deux pilastres de bronze ornés d’emblèmes impériaux (« N », couronnes impériales, palmes, foudres…) et de deux piliers de pierre surmontés d’aigles majestueuses.
Les jardins, quant à eux, furent largement remodelés. Le jardin de Diane (3) dessiné par Le Nôtre fut remplacé par un jardin au tracé irrégulier. De même l’ancien jardin des Pins (4) fut complètement restructuré pour devenir un jardin à l’anglaise.

À l’intérieur du château, Napoléon respecta le décor préexistant tout en y faisant placer, autant que cela était possible, les emblèmes impériaux. Il reprit pour lui-même et pour Joséphine les anciens appartements royaux qu’il conserva comme appartements d’apparat et dont il maintint même l’ancienne disposition. Les aménagements de cette période les plus fidèlement conservés ou restitués concernent les pièces qui donnent sur le jardin de Diane : chambre de l’Impératrice, salle du Trône, salle du Conseil et Appartement intérieur.

Napoléon Ier avait redonné vie au château en le meublant et en y séjournant avec sa cour : c’était alors une succession de fêtes, réceptions, spectacles et divertissements. Même la chasse y retrouva tout le lustre qu’elle avait connu autrefois. Mais le château fut également témoin d’événements marquants.
En novembre 1804 lorsque le pape Pie VII vint sacrer Napoléon empereur à Notre-Dame de Paris, il fut accueilli et logé dans l’ancienne aile des Reines-Mères. Puis, de 1812 à 1814, ces mêmes pièces revirent le souverain pontife, captif de l’empereur, durant la longue lutte qui opposa leurs deux volontés. Désormais, cet appartement porta le nom d’“appartement du Pape”, en raison de la dignité de l’occupant et de la longueur de sa captivité (19 mois).
En 1814, à l’issue de la campagne de France, Napoléon rédigea son acte d’abdication le 6 avril. Et quelques jours plus tard, il tenta de s’empoisonner dans sa chambre de l’Appartement intérieur. Enfin, les fameux « adieux à la vieille garde », immortalisés par un tableau d’Horace Vernet et par l’imagerie populaire, eurent lieu au pied de l’escalier en fer à cheval, dans la journée du 20 avril. C’est pourquoi on trouve souvent le nom de cour des Adieux à la place de celle de cour du Cheval blanc.