Trouvant son origine à la fin du 13^e ou du début du 14^e siècle, le château de Saint-Simon a connu plusieurs phases de construction, mises en lumière par les études d'archéologie du bâti menées par l'Université Jean-Jaurès.

A la fin du 13^e ou au début du 14^e siècle, cette façade n'avait pas du tout la même allure : l'étude archéologique a montré qu'elle était éclairée par six fenêtres jumelées. Le rez-de-chaussée était percé par un portail en arc brisé, orné d'un blason aujourd'hui disparu, et par de petites ouvertures ressemblant à des archères. Une tour, plus haute que ce qu'elle n'est aujourd'hui, prenait l'apparence d'un donjon. Ce vocabulaire, issu de l'architecture militaire, est contredit par la présence de grandes baies au 1^er étage, bien difficiles à défendre en cas d'attaque ! La présence de fenêtres jumelées, dès la construction du château, indique une demeure de plaisance, plus qu'un château fort.

Les études d'archéologie du bâti qui ont été menées par l'université Jean-Jaurès  montrent également une organisation de l'édifice tout à fait différente. A la fin du 13^e ou au début du 14^e siècle, le château se compose de deux bâtiments : le bâtiment principal pourvue d'une tour, ouvrant par la façade sud, et un bâtiment de moindre importance sur la façade nord. L'espace libre entre les deux bâtiments aurait pu accueillir l'escalier, dont l'emplacement d'origine n'a pas encore été retrouvé. A moins qu'il n'ait été placé dans une construction en saillie, révélée par deux traces d'arrachement qui s'avançait vers l'ouest, dont la fonction reste sinon encore difficile à expliquer.
Un peu plus tard dans le 14^e siècle, il semble qu'un nouveau corps de bâtiment ait été ajouté dans l'angle nord-est.