L’Appartamento Grande di Castello, realizzato per il duca Guglielmo, fu progettato in principio dall’architetto Giovan Battista Bertani, ma alla sua morte i lavori furono conclusi probabilmente sotto la direzione del napoletano Pirro Ligorio.
Al di sotto dell’appartamento corre un lungo passaggio che dal lungolago conduce direttamente in piazza Santa Barbara, costeggiando la basilica. Guglielmo fece decorare l’intero appartamento a esaltazione della propria casata e in ricordo dei principali eventi che, dalle origini mitologiche alle più recenti imprese dei suoi avi, cadenzarono la storia della città. Oltre la Sala di Manto, si apre la Sala dei Capitani, nella quale quattro vasti teleri (purtroppo perduti) celebravano imprese e fatti dei primi capitani del popolo, a partire da Luigi Gonzaga.
Il Giuramento doveva coprire l’analoga gigantesca composizione dipinta a secco sul muro di fronte all’ingresso. Nonostante alcuni forti arcaismi si tratta di un dipinto databile verso il 1576-78, realizzato da un artista (probabilmente il pesciatino Benedetto Pagni) ispiratosi a una composizione di fine Quattrocento. Al centro del murale, in basso, è effigiato il nano Frambaldo, mentre sulla destra si intravede, armato di bastone, il gigante Guglielmone: entrambi sono ricordati nella corte di Luigi dalle cronache più antiche. Il soffitto ligneo e il camino sono ambedue realizzati su disegno di Giovan Battista Bertani; gli stucchi agli angoli della stanza, raffiguranti i quattro capitani Luigi, Guido, Ludovico I e Francesco I, sono probabilmente opera del modellatore modenese Iacopo d’Ughetto, cui spettano anche quelli della precedente Sala di Manto.
Nella successiva Sala dei Marchesi erano celebrate le imprese dei marchesi di Mantova (Gian Francesco, Ludovico II, Federico I e Francesco II) attraverso una serie di quattro tele assai importanti: i celebri Fasti dipinti da Jacopo Tintoretto nel 1579, ora nella Alte Pinakothek di Monaco di Baviera. I dipinti rappresentano imprese belliche dei marchesi, effigiati agli angoli della sala, in stucco, assieme alle rispettive consorti e ulteriormente accompagnati da rappresentazioni allegoriche e mitologiche di Francesco Segala, un veneziano che prestò per alcuni anni il proprio servizio alla corte di Guglielmo Gonzaga e al quale si riferisce anche il ricchissimo soffitto intagliato.
La successiva loggia è detta Loggia del Tasso, poiché si riteneva, senza fondamento, che Torquato Tasso vi avesse soggiornato nel 1592, durante una sosta a Mantova durata alcuni mesi. È decorata con stucchi che rappresentano varie fasi dell’evoluzione dell’uomo: dall’Invenzione del fuoco, attraverso la Caccia e la Guerra, sino all’Invenzione delle arti.
I retrostanti ambienti di più minute dimensioni, costituivano la parte più riservata dell’appartamento. Il progetto decorativo del primo ambiente fu elaborato da Pirro Ligorio, esponente di punta della cultura manierista del secondo Cinquecento. Nel Camerino delle Virtù le lunette vennero dipinte da Lorenzo Costa il Giovane, mentre i sottostanti bassorilievi a stucco illustrano tematiche musicali classiche, forse allusive al contrasto tra arte dionisiaca e apollinea. L’attiguo Studiolo è caratterizzato dal fregio corrente nel quale sono rappresentati strumenti di studio e di ricerca.
L’ultimo ambiente dell’appartamento, noto come Sala dei Duchi, era decorato con quattro tele i Fasti di Federico II Gonzaga. I quattro episodi bellici già alle pareti furono anch’essi, dipinti da Jacopo Tintoretto e bottega tra il 1579 e il 1580 (oggi le tele sono all’Alte Pinakothek di Monaco).