Pendant la Révolution française, le château échappe aux destructions. Le 19 juillet 1789, son capitaine en remet les clés à la Ville de Nantes, qui les redonne aussitôt au capitaine, un geste symbolique qui exprime que c'est la Nation et non plus le roi qui place le château sous le commandement du capitaine. Néanmoins, le lendemain, la population, au courant de la prise de la Bastille, investit le château. Les Nantais, apeurés par les événements, veulent savoir si le château ne renferme pas des caches d'armes ou de munitions qui pourraient être utilisées contre eux. La démolition du château est demandée par les sections révolutionnaires locales, qui voient en lui un moyen de contrôler la ville, et un lieu qui coûte cher à entretenir. Cette démolition est refusée, et la Ville l'achète en 1791 pour 12 millions de livres. Il est repris par l'État l'année suivante, car le déclenchement des guerres révolutionnaires peut à nouveau le rendre utile à l'armée. Les symboles ducaux et royaux présents sur les façades sont martelés en avril 1793, et remplacés par les emblèmes de la Révolution. Ainsi, un bonnet phrygien est placé sur le bastion Mercœur, et la devise de la république est inscrite au-dessus du porche d'entrée. Pendant la Révolution, le nombre de prisonniers au château explose. Alors qu'aucun n'est mentionné en 1789, en 1793 les autorités déplorent la surpopulation du lieu et ses conditions d'hygiène terribles. Des prêtres réfractaires sont notamment détenus dans la tour des Jacobins.