W 1537 roku Mikołaj Pilecki herbu Leliwa otrzymał od króla Zygmunta Starego przywilej lokacyjny i prawa magdeburskie, pozwalające na założenie miasta oraz budowę zamku. Prace przy zamku rozpoczęto dwa lata później. Twierdza powstała na półwyspie otoczonym stawami, dodatkowo oddzielonym od lądu fosą i połączonym z podzamczem mostem zwodzonym. W skład dóbr bychawskich wchodziły folwark dworski, grunty plebańskie oraz tereny miejskie.

Zamek był budowlą murowaną z cegły i wapienia, dwukondygnacyjną, na planie prostokąta z alkierzem bocznym. W 1551 roku przeszedł w ręce rodu Myszkowskich, a później kolejnych właścicieli – m.in. Zaporskich i Andrzeja Leopolda Ossowskiego, który rozpoczął jego przebudowę na bardziej reprezentacyjną rezydencję. Prace te kontynuowano przez cały XVII i XVIII wiek, a w 1730 roku Dominik Stoiński ukończył rozbudowę w stylu klasycystycznym. Zamek zyskał wtedy większą bryłę, cztery narożne alkierze, ryzalit o zaokrąglonych narożnikach oraz elewację z barokowymi zdobieniami.

W XIX wieku kolejni właściciele – Karol Scipio del Campo i Łaniewscy – przekształcili otoczenie pałacu w park romantyczny, z alejami drzew, ogrodami tarasowymi i oranżerią. Rezydencja jednak spłonęła w latach 80. XIX wieku. Ostatni właściciel, Antoni Budny, nie odbudował jej, a wręcz przyczynił się do dalszej degradacji, wykorzystując ruiny jako źródło materiałów do budowania swoich zabudowań. Po II wojnie światowej zniszczenia jeszcze się pogłębiły.

W XIX wieku Bychawa rozwijała się gospodarczo. Jak pisał Sulimierski w 1880 roku, tutejsze targi i jarmarki należały do największych w regionie. Działały tu olejarnie, garbarnia, rzeźnia, warsztaty rzemieślnicze, młyny, tartak, cegielnia i piec wapienny. Choć ulice nie były brukowane, miasto uchodziło za schludne.

Wraz z rozwojem miasta dawne drogi wiejskie stały się ulicami. Ruiny pałacu znajdują się ok. 2 km od centrum Bychawy, przy dawnej alei prowadzącej niegdyś do folwarku. Wzgórze zamkowe nadal jest charakterystycznym punktem okolicy, choć jego otoczenie wymaga uporządkowania – obecne są zniszczone elementy małej architektury, a teren jest trudno dostępny z powodu nierówności i braku odpowiedniej nawierzchni.

Do dziś zachowały się znaczne fragmenty murów pałacu: część ściany zachodniej z alkierzami, fragment ściany południowej oraz reszta alkierza południowo-wschodniego, w którym widać pozostałości ośmiobocznego pomieszczenia – prawdopodobnie dawnej kaplicy. W latach 60. XX wieku widoczne były jeszcze ślady polichromii z początku XIX wieku, dziś już zatarte.

Zachowały się także zabudowania podzamcza z XIX wieku: dwór, trzy spichlerze (w tym jeden klasycystyczny w ruinie), czworaki i trzy obory. Przy jednym ze spichlerzy stoi duży budynek o mocnych murach, być może niegdyś strzegący wjazdu na podzamcze.