Dans la nuit du 2 au 3 janvier 2003, un grand incendie démarra dans la partie du château appartenant au Conseil général et ravagea le château (Pour deux tiers l'incendie ravagea des parties du Ministère de la Défense). Les deux tiers des appartements princiers, un tiers des bâtiments du Conseil Général, toute la toiture de l'aile sud-est et la chapelle royale. Les toits, en s'effondrant, provoquèrent l'éboulement d'éléments de maçonnerie importants.
Des mesures de première urgence ont été prises dès 2003 pour assurer la sécurité des visiteurs, pour un coût de 3 millions d'euros. Une étude de la restauration du château a débuté en 2004, sous le patronage de l'architecte en chef des monuments historiques. Les travaux sont financés par le Ministère de la Défense et le Conseil Général de Meurthe-et-Moselle ( avec l'aide de subventions, des assurances et par des crédits européens). De précédents incendies avaient déjà causé des dégâts. Au total 6 incendies majeurs se sont déclarés avant celui de 2003 :
En 1861, le ministre de la guerre de l’époque (Jacques Louis Randon) sollicite auprès de la Commission des Monuments Historiques le classement de l’édifice. C’est un refus catégorique, l’intérêt du service se limitant alors à l’architecture médiévale. Prosper Mérimée dresse un rapport sévère et méprisant : il estime que le château « ne mérite pas d’être classé parmi les Monuments Historiques ; c’est […] un grand bâtiment d’un style assez barbare, même pour l’époque de décadence à laquelle il a été construit ».
Une cinquantaine d’années plus tard, les jugements ont évolué. En 1901, on commence par classer la chapelle. Le reste du château le sera de façon partielle en 1929. Dès lors, les travaux de restauration se poursuivent, ne connaissant d’interruption que durant la Seconde Guerre mondiale. La chapelle est restaurée de 1902 à 1904. Les années 1938 et 1939 voient la réfection des couvertures et balustrades du corps principal et de la partie nord.
À partir de 1945 environ, services administratifs, musée municipal, mess, appartements et bureaux militaires occupent l’édifice. Le parc, remis en état à partir de 1945, reste aujourd’hui un lieu de promenade et de détente apprécié de tous.
En 1995 le maire de Lunéville Michel Closse impulse un processus de restauration du Château qui conduit la ville de Lunéville à céder en 2000 le Château au Conseil Général de Meurthe-et-Moselle. Cette cession évitera ultérieurement à la commune de se retrouver seule face aux conséquences financières de l'incendie de janvier 2003.