Згодом у 1620-х роках тут збудували новий замок князів Збаразьких. Споруда відповідала найновішим тогочасним досягненням фортифікаційного мистецтва. Вона складалася з палацу, казематних валів, чотирьох бастіонів та рову, наповненого водою, пишуть Версії з посиланням на Збруч.

На кутах оборонних валів стояли п’ятикутні вежі, по периметру замку розташовані каземати. Брама замку — в двоповерховій вежі, до якої провадив звідний міст.

У центрі ансамблю — двоповерховий палац, побудований у стилі пізнього Ренесансу за проектом італійського архітектора Вінченцо Скамоцці. На подвір’ї у північному куті є криниця звглибшки 70 м.

Відомо про підземний хід, що з’єднував замок із монастирем отців Бернардинів у центрі міста.

Після смерті останнього з князів Збаразьких, Юрія, замок перейшов до князя Януша Вишневецького. Пізніше ним володіла родина Потоцьких.

З офіційного сайту замку дізнаємося, що у 1707 році тут побували гетьман України Іван Мазепа та московський цар Петро Перший дорогою до Жовкви на зустріч із польським королем Августом II. Інші джерела оповідають, начебто перед Берестецькою битвою в замку зупинявся Богдан Хмельницький.

За радянської окупації тут були катівні НКВС — тіла замордованих скидали до криниці та заливали бетоном. На початку 1990-х останки жертв перепоховали на цвинтарі місцеві мешканці.

Із 1994 року в палаці Збаразького замку розмістився краєзнавчий музей.

Зараз Збаразький замок — основний осередок Національного заповідника «Замки Тернопілля».