La maison de Savoie transforme le site culturel, alors Castrum Quilonis, et l'agrandit durant le xiiie siècle. L'ancienne crypte du xie siècle dédiée à saint Tryphon est abandonnée au xiiie siècle lors de la construction de la chapelle dans la partie supérieure du château. Les Savoyards veulent étendre leur suprématie sur le Pays de Vaud et les zones limitrophes. Le premier châtelain savoyard est attesté pour Chillon en 1198. Le château n'est pas voué qu'à un but militaire, il sert également de résidence pour les comtes. Il est en effet une des étapes des voyages de la cour itinérante lors des voyages réguliers du comte sur son territoire. Lors de l'absence du comte, la partie nord-ouest du château où se situe les appartements du comte, est vide et fermée. Thomas Ier de Savoie y séjourne aux alentours de 1230. Lui et son fils, Pierre II de Savoie, « le Petit Charlemagne », vont réorganiser la région proche du château en construisant des bourgs, en dominant le Chablais vaudois et en créant la « Patria Vuaudi ». Un péage important est installé à « Ville Neuve de Chillon » (1214), l'actuelle ville de Villeneuve.

Le château de Chillon se trouve sur les rives du Léman, à Veytaux (commune se trouvant entre Villeneuve et Montreux) en Suisse. De forme oblongue, le château mesure 110 mètres de long pour 50 mètres de large, le donjon culmine à 25 mètres. C'est une importante attraction touristique. Successivement occupé par la maison de Savoie puis par les Bernois dès 1536 et jusqu'en 1798, il appartient désormais à l'État de Vaud. Le château est le monument historique le plus visité de Suisse. En 2019, le château a connu un record de fréquentation historique avec plus de 430 000 entrées.

Le château compte 25 bâtiments et sert de prison dès le milieu du xive siècle, des souterrains permettent de stocker du matériel et du vin. Dans un souci d'esthétique, l'intérieur du château est embelli sous l'impulsion de Aymon de Savoie dit « le Pacifique » qui engage Jean de Grandson pour réaliser les peintures des chambres et des grandes salles.

L'année 1348 voit une des pages les plus pénibles de l'histoire de Chillon avec les ravages de la peste noire. Les Juifs sont arrêtés et torturés pour leur faire avouer qu'ils ont bien empoisonné l'eau des puits. Leurs confessions provoquent la fureur de la populace qui se livre à des massacres et à des expulsions. Trois cents communautés sont anéanties ou expulsées sans que le comte de Savoie intervienne.

Un sgraffite, découvert sur un mur daté du xiiie siècle dans le petit salon du château, illustre un chevalier aux armes de Savoie. Ce dessin a peut-être été inspiré par l’un des sceaux équestres utilisés par la famille de Savoie. L’équipement de ce cavalier pourrait renvoyer à Amédée V de Savoie, qui avait un rapport étroit avec Chillon, château où il s’est marié.