En el año 1538 Francisco de los Cobos compró la villa de Canena, pasando la localidad a formar de su extenso señorío. En el castillo mandó hacer una gran empresa constructiva al transformar la fortaleza preexistente en un suntuoso palacio.
Al igual que sucede con el Castillo de Sabiote, la intervención de Andrés de Vandelvira, aunque tradicionalmente aceptada, no está demostrada documentalmente pudiendo ser obra de algún arquitecto que estuviese al servicio del todopoderoso secretario imperial.
Se trata de una estructura enraizada en la tradición del siglo XV de palacio reforzado por una fortaleza de cuatro lado con torres circulares en los ángulos y que nos recuerda al Castillo de la Calahorra en Granada.
La portada de acceso presenta pilastras sobre plintos que enmarcan un arco de medio punto. Sobre esta hay un friso con grutescos, y coronando el conjunto, un frontón circular en cuyo tímpano se representa el escudo de los fundadores sostenido por sirenas. Se remata con tres flameros.
El patio, por su parte, es cuadrado con cinco arcos por lado, sostenidos por columnas con capiteles jónicos. La galería superior también es jónica y tiene una estructura adintelada con voluminosas y ricas zapatas.