Затем замок становится собственностью Якова Собесского — отца будущего короля Польши. Он в 1634 году перестроил замок, укрепив его четырьмя бастионами. Замок был построен в форме цитадели бастионного типа. Прямоугольный в плане, он был окружен земляными валами, покрытыми снаружи каменными плитами. По углам валов находились бастионы со сторожевыми башнями.
На территории замка расположен двухэтажный дворец в стиле ренесанса и, так называемый, Китайский дворец. По периметру двора расположены хозяйственные постройки. Особенная гордость Золочевского замка — его туалеты. В те времена туалеты, расположенные в жилых помещениях, встречались крайне редко из-за зловония, исходившего из выгребных ям. Конструкция туалетов Золочевского замка позволяла этого избежать.
Польский король Ян ІІІ Собесский, унаследовав замок от отца, практически в нем не бывал. В 1672 году замок был сильно разрушен турками, однако уже до 1675 года был восстановлен. После смерти короля Яна ІІІ в замке некоторое время проживал его сын — принц Яков. После его смерти в 1737 году замок перешел в собственность рода Радзивиллов. Однако новые хозяева не особо заботились о сохранности замка и он стал разрушаться.
В 1802 году хозяевами Золочева стали Комарницкие. Они отреставрировали замок, но в 1840 году продали замок австрийскому правительству под военные казармы. А с 1872 года австрийские власти стали использовать замок, как тюрьму и помещение суда.
После присоединения в 1939 году Западной Украины к СССР в замке расположился отдел НКВД, находившийся здесь до 1941 года. Во времена немецкой окупации в замке располагалось гестапо. В послевоенные годы в замке располагалось ПТУ. И лишь в 1986 году, по инициативе историка Бориса Григорьевича Возницкого, здесь был открыт музей. Реставрационные работы продолжаются до сих пор. Сейчас оба дворца открыты для посещения. В них восстановлен внутренний интерьер, а также имеется экспозиция, посвященная жертвам сталинских репрессий.
Но особенно интересны два камня, лежащие на замковом подворье. Их поверхность покрыта загадочными письменами и рисунками. Сюда эти камни были привезены из с. Новоселки Золочевского района. Кто, когда и зачем сделал надписи на этих камнях до сих пор остается загадкой. Согласно одной из гипотез, надписи на этих камнях являются одной из составляющей шифра, указывающего место, где спрятана часть сокровищ рыцарского ордена тамплиеров.
