Projetée dans le cadre du développement urbanistique du quartier, cette artère doit son nom au château qui abritait le siège de la seigneurie de Renens. Transformé en maison de maître vers 1750, le bâtiment s’élève sur la rive gauche du ruisseau de Broye. Il conserve une ancienne tour, visible depuis l’avenue du Château. Cette dernière traverse le domaine, qui comprenait autrefois bois, pré, vigne, jardin, ainsi qu’un étang. L’ancienne ferme du château accueille de nos jours un espace à vocation sociale et culturelle, tandis qu’une annexe moderne abrite le centre de vie enfantine «Le Tournesol». Alors que le château est une propriété privée, son parc a été acquis en 1970 par la Commune de Renens pour être mis à disposition du public sous le nom de Parc Carl Sauter, ancien propriétaire des lieux.
L’avenue du Château, d’une longueur de 400m, relie la rue de Lausanne au chemin des Clos et au chemin de Broye
