Cesta k současným luxusně zařízeným zámeckým interiérům měla podobně složitý vývoj jako neustále se měnící prostorové koncepce samotné architektury. Hlavní zámecké salony se při pohledu z nádvoří rozkládají po francouzském způsobu v přízemí - rez de chaussée. Složitější dispozice zámku ve svahu však počítala také se zřízením zahradního přízemí s rozměrnou salou terrenou na ose, přičemž hlavní zámecké salóny převzaly funkci klasicky italského piana nobile.

Navzdory několika změnám původního architektonického projektu je pravděpodobné, že první vytvořenou částí stavby byl oválný hlavní sál s podobně řešenou salou terrenou, k nimž se následně přistavovaly symetricky zřetězené zámecké salony, propojené komunikačními koridory. Oba prostory vynikají precizními štukovými dekoracemi; sala terrena navíc italsky řešenými mozaikovými ornamenty, hlavní sál, prostupující dvěma patry, pak barokními nástěnnými malbami. Nepříliš kvalitní dílo z roku 1701, vytvořené zřejmě některým ze členů brněnského malířského bratrstva svatého Lukáše, představuje génia předávajícího za účasti několika dalších alegorických a mytologických postav nově vystavěný zámek hraběnce Anežce Eleonoře Petřvaldské. Kromě hlavní fresky zdobí stěny sálu ještě několik medailonů s emblémy a tématy z Ovidiových Proměn; druhá barokní nástropní malba s tématem bohyně Diany vracející se z lovu se nachází v dnešní hostinské ložnici.

Podle dobových inventářů se buchlovické interiéry první poloviny 18. století nijak nelišily od zařízení podobných aristokratických letohrádků na Moravě či v bezprostředním okolí Vídně. Stěny pokrývaly textilní tapety, na nichž byly zavěšeny zarámované grafické listy, krajinomalby, květinová zátiší a lovecké výjevy. Knihovna a sbírky, včetně rodové portrétní galerie, se nacházely na rezidenčním hradě Buchlově. Vybavení mělo totiž korespondovat s funkcí letohrádku jako pohodlného sídla uprostřed zahrady, kde nacházeli majitelé odpočinek a místo pro neformální zábavu.

Značnou proměnu prodělal zámek v posledních letech 18. století, kdy se za posledních Petřvaldských začal pomalu, ale jistě, stávat hlavním rodovým sídlem. Před rokem 1794 bylo na zámku vybudováno nevelké divadlo a knihovna; do tohoto období patrně spadá i vznik dřevěného táflování s jemnou postříbřenou dřevořezbou v tak zvaném stříbrném salonu. V duchu tehdejší sentimentální módy pověřila hraběnka Marie Eleonora Petřvaldská brněnského malíře a dekoratéra Ignáce Mayera vymalováním několika zámeckých pokojů a knihovny; podle analogií mohlo jít o iluzivní architekturu či exotické náměty. Výrazný zásah do podoby interiérů nastal v letech 1807–1809, kdy hrabě Leopold I. Berchtold přeměnil zámek v soukromou nemocnici s 54 lůžky; zámecký mobiliář byl převezen na hrad Buchlov a do loveckého zámečku ve Smrďavce. Po smrti hraběte byla z finančních důvodů nemocnice zrušena a zámek se stal jednou provždy hlavním rodinným sídlem. Během vlády hraběte Zikmunda I. Berchtolda v prostorách dnešního traktu Flóra pobýval blízký příbuzný rodiny, proslulý český vědec a cestovatel dr. Bedřich Berchtold.