L’actuelle orangerie, succède à celle construite par Mgr de Montpezat au XVIIIe siècle ( C.1688) elle fut érigée dans les années 1740 par l’archevêque Mgr Languet de Gergy. Elle servait à abriter durant l’hiver les orangers qui décoraient en été les cours et jardins de l’archévêché. Le bâtiment, composé à l’intérieur d’une grande salle voutée et rythmée de piliers de grès, est couronné d’un fronton triangulaire où sont scultés deux grandes baies vitrées au sud, et une fenêtre ouvrant à l’est l’éclairent largement. Les façades et toitures ont été inscrites à l’inventaire des Monuments historiques en 1925.
Au XXe siècle, lorsque l’archevêché a servi d’école, puis de collége-lycée pour jeunes filles, l’Orangerie est successivement devenu un lieu de récréation, une salle de gymnastique et de spectacle. Depuis l’attribution des locaux aux Musées de Sens, elle sert toute l’année de salle d’exposition temporaire.
Le jardin à la française a été restauré en 1997 selon les plans de Bernard Collette (architecte des Monuments historiques), d’après ceux réalisés au XIXe siécle par le cardinal de La Fare. Sa composition mêle les styles Renaissance et XVIIIe siécle. Créé et entretenu par le service des parcs et jardins de la ville de Sens, il se compose, dans la partie ouest, de parterres à thème renouvelés chaque année, et dans la partie est, de massifs présentant un échantillonnage de plantes horticoles conservées l’hiver en serre froide et dites d' »orangerie », signalées par des étiquettes.