En 822, le fief de Pouilly est créé. C’est une exploitation agricole située près de Dijon. À proximité du domaine se trouvent un bois et une source. Autour de l’an mille, une vigne est plantée sur les terres du fief.
Au XIIe siècle le fief est transformé en maison forte, avec tour fortifiée, muraille et douves.
La famille Bouhier acquiert le domaine de Pouilly en 1512 et le conservera pendant trois siècles.
C’est en 1704 que Jean IV Bouhier édifie aux côtés de l’exploitation agricole, une maison seigneuriale appelée le château de Pouilly. Des communs viendront compléter la transformation du domaine.
Au cours du XVIIIe siècle, Bénigne IV Bouhier, fait aménager une faisanderie dans ce qu’on nommera « les communs du sud ».
Après sa confiscation à la révolution, le domaine est racheté par Henri Weiss, en 1817. Son petit-fils Henri Roydet y expérimentera la culture d’arbres fruitiers et transformera le parc forestier en verger.
Au cours de la guerre de 1870, de violents combats se déroulent autour et dans le château de Pouilly. Un franc-tireur est brulé vif par les prussiens, sur les escaliers intérieurs du château.
L’armée américaine, entre 1917 et 1918, aménage dans une partie du domaine une piste d’atterrissage et crée des ateliers de réparation.
1918, achat du domaine par la famille PETOLAT, industriels et fabricants de locotracteurs.
Leurs usines sont situées au nord de Dijon (Avenue du Drapeau et de Stalingrad).
C’est en 1954 que la famille PETOLAT fait construire un manège et un parcours d’obstacles à Pouilly. Le club hippique “Rally” voit le jour. Il deviendra le Cercle Hippique Dijonnais qui déménagera au plateau de Chenôve en 1968.
Les extérieurs du château sont choisis par Roger Vadim, en 1962, pour tourner quelques scènes du film « Le repos du guerrier » avec Brigitte Bardot et Robert Hossein.
Entre 1948 et 1982, le château sera transformé en appartements et loué à des particuliers.
La ville de Dijon devient propriétaire du château de Pouilly et de son parc pour le franc symbolique en 1990. À partir de cette date, le château est fermé mais son parc est accessible au public. Les communs du sud resteront la propriété de la famille Petolat.
La vente du reste du domaine de Pouilly en terrains à lotir amène à la destruction de la ferme agricole du château mais autorisera la conservation de l’allée de marronniers, des douves (aujourd’hui comblées), de la grille principale, du colombier, du puits et, bien sûr, du château de Pouilly avec son parc et son mur d’enceinte.