À la Renaissance, les jardins deviennent un élément indispensable des domaines nobles français et européens. L'art des jardins se développe considérablement, en grande partie grâce à l'apport de l'Italie qui fait l'admiration de toute l'Europe du XVIe siècle. Les souverains français et les grands du royaume assimilent et diffusent la modernité italienne avec les premières réalisations d'envergure que sont les jardins des châteaux d'Amboise, de Blois et de Gaillon de 1495 à 1510.
Entre tradition et modernité, tout comme le château, les jardins de la Bâtie témoignent du goût pour les jardins des élites de la Renaissance, en l'occurrence de celui de Claude d'Urfé.
Parallèlement aux réaménagements du château, Claude d'Urfé procède à l'aménagement de jardins inspirés de modèles français et italiens dans les années 1550. Il s'agit de jardins dans le style Renaissance, même si l'on retrouve une disposition et plusieurs codes architecturaux hérités du Moyen-Âge.
Si l'on se fie au plan géométral levé pour Pierre Puy de la Bâtie en 1804, les jardins étaient composés d'au moins trois parties : un jardin de verdure composé de carrés de buis (au nord-ouest), un bosquet en étoile (remplaçant une disposition plus ancienne encore inconnue, au sud-est) et un bois dont l'extrémité sud atteignait le Lignon.
Une allée rectiligne nord-sud, appelée "allée du Mail" courait depuis la porte monumentale actuelle (datée de 1555) jusqu'au Lignon en longeant le bois.
Modifiés au XVIIIe siècle par les derniers membres de la famille d'Urfé, les jardins tombent en déshérence au cours du XIXe siècle. Lorsque la Diana rachète le château en 1909, les dispositions du XVIe siècle ont entièrement disparu à l'exception des vestiges de l'enceinte en pisé et de la gloriette à l'antique.
Dans les années 1950, une première tentative de reconstitution de la partie nord-ouest est entreprise: huit parterres de buis sont ainsi reconstitués. Dès les années 1990, d'importantes fouilles archéologiques sont lancées et permettent de redécouvrir une partie des dispositions anciennes ainsi que les aménagements hydrauliques ingénieux préalables à l'installation des jardins. Entre 1998 et 2011, les parterres manquants sont reconstitués, de même qu'une partie de l'enceinte crénelée agrémentée de deux pavillons d'angle.
Aujourd'hui, la partie nord des jardins est désormais partiellement reconstituée selon sa disposition du XVIe siècle. Elle se compose de seize parterres de forme carrée et encadrés de haies de buis. La fontaine est l’élément structurant de cette partie des jardins, quadrillée d’allées. Les angles des parterres sont agrémentés d’ifs communs taillés en boules coniques. La taille régulière des végétaux à feuillage persistant dans des formes artificielles parfois complexes, que l’on appelle l’art topiaire, est l’une des caractéristiques des jardins de la Renaissance.
La partie sud-ouest n’est en revanche pas reconstituée et comporte aujourd’hui une prairie fleurie. Au XVIe siècle, cette partie était peut-être occupée par d'hypothétiques créations architecturales végétales, que l'on appelle des cabinets de verdure. Cette disposition est ensuite remplacée au début du XVIIIe siècle par un bosquet en étoile organisé autour d’un bassin central, dont l’emplacement est encore visible aujourd’hui. La partie sud-est, derrière le corps de logis principal du château, continue d'interroger : il s'agit peut-être de l'emplacement d'un labyrinthe végétal, le fameux "dédale" décrit par Honoré d'Urfé dans l'Astrée. Les labyrinthes végétaux, inspirés de la mythologie grecque, sont particulièrement à la mode à la Renaissance et symbolisent, dans la culture humaniste, le triomphe de la vertu sur le destin.
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