Chenonceau stało się odtąd rezydencją wypoczynkową Katarzyny, która organizowała tu liczne bale i huczne zabawy. Za jej życia na zamku gościło aż pięć królowych (stąd nazwa jednej z komnat). Były to dwie córki Katarzyny: Małgorzata de Valois i Elżbieta de Valois oraz trzy synowe: Maria Stuart, Ludwika Lotaryńska i Elżbieta Habsburg.
Katarzyna zadbała także o dalsze upiększanie ogrodu, chcąc przyćmić dokonania swej poprzedniczki, a na moście poleciła wznieść dwupiętrową galerię w stylu włoskim (ukończoną w 1570).
Ludwika Lotaryńska Kolejną z sześciu właścicielek, której zamek Katarzyna Medycejska zostawiła w testamencie, była Ludwika Lotaryńska, żona Henryka III. Ludwika osiadła w Chenonceau w 1589, zaraz po śmierci męża i teściowej, ale - w przeciwieństwie do niej - żyła tu jak w klasztorze. Pobożna wdowa spędzała na zamku czas głównie na czytaniu i modlitwie.
W 1601 Ludwika podarowała Chenonceau jako prezent ślubny swej siostrzenicy Franciszce, żonie Cezara de Vendôme (syna króla Henryka IV Burbona). Burbonowie przez następny wiek zaniedbali zamek, gdyż byli zajęci budową i upiększaniem Wersalu. Wizyta Ludwika XIV w 1650 była ostatnią wizytą króla Francji na Zamku Dam.