D'après les travaux de Philipe Seydoux (2010), la terre de Bonvillers était associée à un manoir seigneurial au moins depuis le XVIe siècle. Dans la seconde moitié du XVIIe siècle, plusieurs familles se succèdent à la tête du domaine de Bonvillers. Dans les années 1650, ces terres appartiennent à François des Essarts de Lignières, lieutenant général et gouverneur de Saint-Quentin. Après sa mort en 1672, sa veuve et son fils les vendent à Simon Berthelot de la Boissière. En 1679, ce dernier se sépare à son tour du domaine de Bonvillers au profit de Michel de Court, seigneur de Caix. L'acte de vente précise que l'ensemble consiste "en un château nouvellement bâti, colombier et dépendances [...]". Simon Berthelot a donc fait réaliser d'importants travaux dont la reconstruction du logis.

Après la famille de Court, le domaine échoit aux d'Orville en 1791. En 1815, Étienne Cavé d'Haudicourt, dont la famille est également propriétaire du château voisin de Tartigny, l'achète. Sur le cadastre du début du XIXe siècle, ses bâtiments s'organisent en U. L'ensemble comprend tout d'abord un logis en fond de cour, aux façades orientées nord-sud ; un alignement de communs ferme le côté occidental de la cour et, de l'autre côté, des bâtiments longent le côté oriental. Ces derniers sont associés à une ferme comprenant, côté est, une mare et d'autres constructions. Elle est accessible par un chemin indépendant nommé "cul-de-sac" sur le cadastre du début du XIXe siècle.

En 1867, Alfred Cavé d'Haudicourt, fils d'Étienne, entreprend la reconstruction du logis et des communs à l'ouest de la cour, tandis que ceux situés côté est sont détruits. Il meurt en 1873 alors que les travaux ne sont pas achevés. Dans l'état actuel des connaissances, l'architecte n'est pas connu.

D'après les propos recueillis auprès de la propriétaire par les membres de l'Association pour la Connaissance et la Conservation des Croix et Calvaires du Beauvaisis, l'oratoire dédiée à la Vierge implanté dans le parc provient de Saint-Omer (Pas-de-Calais) et a été installé dans les années 1880. Il commémore les événements familiaux marquants comme les naissances et les mariages.

Le petit-fils d'Étienne, Léon de Maindreville héberge une grande ambulance au château pendant la Première Guerre mondiale. Elle est particulièrement active lors de l'offensive allemande de mars 1918 qui fait reculer le front à moins de dix kilomètres du village. Sa fille Marguerite épouse en 1920 Félix de Beauvillé, aïeul des propriétaires actuels.

Les communs sont rénovés dans les années 2010.