A székely nemesi Ugron család mezőzáhi ágát Ugron István és neje, br. Bánffy Anna alapították meg a 18. század második felében, a feleség hozományát képező mezőzáhi birtokrészre telepedve. A birtok apáról fiúra szállt, az 1860-as években Ugron Sándor (1826–1901) és felesége, malomvízi Kendeffy Rozália (1836–1898) lettek a birtok urai. A házaspár négy gyereke közül Ugron Miklós (1858–1899) volt a záhi uradalom várományosa, korai halála után azonban testvére, István örökölte, aki ekkor épp Tbilisziben teljesített konzuli szolgálatot. A birtokon ekkor egy kőből épült udvarház, kő vendégház, díszkert, családi kripta és gazdasági épületek álltak. 1908-ban, kilenc évvel a birtok megöröklése után Ugron István a távoli Varsóból indította el az új kastély építését. Ugron István sosem alapított családot és az érett férfikorban (46 évesen) elkezdett építkezés oka az lehetett, hogy a sikeres, világot járt diplomata olyan új kastélyt szeretett volna, amely kielégíti korszerű lakó- és reprezentációs igényeit.

A kastély hátsó homlokzatán álló emléktábla br. Bánffy Jánost jelöli meg az épület tervezőjeként: „ÉPÍTETTE / ÁBRÁNFALVI UGRON ISTVÁN / AUSTRIA MAGYARORSZÁG / R. K. KÖVETE ÉS M. H. MINISZTERE / CS. ÉS KIR. KAMARÁS / SÓGORÁNAK / LOSONCZI BÁRÓ BÁNFFY JÁNOS NAK / RAJZAI UTÁN / MDCDXI.” Br. Bánffy János (1870–1946) Ugron István húgát, Rozáliát (1874–1953) vette feleségül 1894-ben, ezután Marosgezsén telepedtek le és ők építhették az ottani kastélyt is, bár nem ismerjük Bánffy építészi képzettségét. „Kastély apatársának”, Ugron Istvánnak 1908-ban írt levelében Bánffy János utalt a tervezés menetére: „Nagyon örvendek, hogy a kastélyterv, melynek te vagy a törvényes, én meg természetes apja, jól sikerült, mostan meg is fogom látogatni a fiút Pákei bábánál”. A levelezések és a tervrajzok arról tanúskodnak, hogy Bánffy János dolgozta ki a mezőzáhi kastély koncepcióját Ugron István jóváhagyásával, elképzelésüket pedig Pákei Lajos (1853–1921) kolozsvári építész „rajzolta át” megvalósítható formába. Az építész előre megkötött alaprajz és építési költségvetés alapján dolgozott, ami jelentősen korlátozta alkotói szabadságát.

A kastély tervezése során először az amatőr tervező (Bánffy János) szabadkezű ceruzavázlatai készültek el az alaprajzról, amelyeket Ugron István jegyzetekkel és javításokkal látott el. E rajzokon Pákei több helyen korrigált, főleg a teraszok és a központi csarnok kialakításait, majd 1908 elejére megrajzolta a kastély végleges tervrajzait (alaprajzok, metszetrajzok, homlokzatrajzok). Ismerve a megrendelőtől kapott határozott alaprajzi elképzelést, joggal feltételezhetjük, hogy Pákeinek a záhi kastély középkorias-neogótikus stílusát is a megrendelők határozták meg, ugyanis a többi, általa tervezett kastély neoreneszánsz (bodolai Béldi-kastély, várhegyi Bornemissza-kastély) és eklektikus (kővárhosszúfalusi Teleki-kastély, enyedszentkirályi Bánffy-kastély) stílusban készült.

A mezőzáhi kastély építése 1908-ban indult el, Ugron István távollétében. A kivitelezés felügyeletét Koncz György kolozsvári építőmérnök végezte, akit a korabeli Vállalkozók Lapja tévesen a kastély tervezőjeként említ. A kivitelezéssel Handler Dániel építkezési vállalkozót bízták meg: ő kapta meg Ugron Istvántól a kastély építésére szánt több mint 160.000 koronát, valamint ő adta ki a részfeladatok elvégzését különböző mestereknek. A kastély építésénél foglalkoztatott mesterek között szerepel Németh István (elkészítette a kastély főhomlokzatát díszítő családi címert), Kapcza Imre (csigalépcső) és Brósz Lajos szobrász. A források alapján az építkezés lassan haladt, 1912-re épült fel a kastély, a teljes berendezés pedig csak a tulajdonos 1918-ban történt nyugdíjba vonulására készült el. 1925-ben Ugron István átengedte a kastélyt unokaöccsének, br. Bánffy Istvánnak (1898–1944) és újdonsült nejének, zabolai gr. Mikes Emmának (1899–1929), önmaga számára csak néhány szobát tartott fenn. Ugron leginkább Kolozsváron tartózkodott, ott is hunyt el 1948-ban egy aggmenhelyen.

A kastély L alaprajzú, 50 méter hosszú épület, melynek hosszanti szárnya két traktusos, a merőleges szárny egy traktusos. Az épület alatti pinceszint követi ezt a beosztást. Az épület három sarkán különböző méretű és formájú tornyok helyezkednek el, a homlokzatok előtt teraszok húzódnak, változatos, de széteső homlokzati kialakítást eredményezve. Bánffy János elsődleges elképzeléseihez képest Pákei Lajos igyekezett elegánsabbra tervezni a teraszok és tornácok kiképzését. Így jelenleg az aszimmetrikus főhomlokzat központi eleme egy rizalit, amelyet trapéz alakú oromzat zár le. Az alsó szintjén található a főbejárat előtt egy pillérekre emelt csúcsíves portikusz, fölötte kis terasz amelyre hatalmas mérműves, szamárhátíves nyílás vezet ki. A rizalit lezárása alatt az Ugron család kőből faragott hatalmas címere található. A portikusz bal oldalán neogótikus ablakokkal áttört négy tengelyes, emeletes épületszárny áll, a sarkon egy kétemeletes, hatszögletű díszes toronnyal. A portikusztól jobbra található alacsonyabb, manzárdos épületszárny szintén négy tengelyes, előtte árkádos veranda húzódik, a sarkon egy kerek torony zárja. A veranda fölötti egyszerű mellvédes terasz és a manzárdemelet apró körablakai kevésbé illeszkednek a homlokzat túlnyomóan neogótikus képébe. A déli oldalhomlokzat hét tengelyes, földszintes épületrésze elé eredetileg hosszúkás télikert került volna, de Pákei helyette kiöblösödő, pártázatos mellvédes teraszt tervezett, amelyre oldalról lépcső vezet. Ahátsó, keleti homlokzat kompozíciója nagyon széteső. A két épületszárny találkozásánál két rövid fedett folyosó helyezkedik el, metszéspontjukra egy 45 fokos szögben ráállított lépcsős portikusszal. A két fedett folyosó végén pincelejárók vannak. A homlokzat középtengelyében a főhomlokzathoz hasonlóan egy oromzatos, háromtengelyes épületrész áll, felső szintjén csúcsíves, mérműves ikerablak és egy-egy körbe foglalt négylevelű motívum található. A homlokzat jobb oldalán háromtengelyes, emeletes épületrész, majd a melléklépcsőházat magába rejtő tengely és a kis kerek torony sorakoznak. Az északi homlokzat a legmegkapóbb, „legközépkoriasabb”. Központi része háromtengelyes, emeletes, az emeleten csúcsíves, mérműves ablakok sorával, melyek felett négy díszpajzs kapott helyet. A homlokzatot keletről a karcsú kerek torony, nyugatról a hatszögletű torony zárják le, utóbbi neogótikus jellegét erősíti a hozzá kapcsolt kis kétszintes lépcsőtorony. A homlokzat előtt mellvédes nyitott terasz húzódik.

Az épület földszintjén a központi elem a nagyméretű csarnok („Halle”), amely magába foglalja a főlépcsőházat is. A csarnok köré szerveződnek az egykori reprezentatív helyiségek, a bal oldalon a keleti terem, a szalon, a hatszögletű toronyszalon, a keleti teremmel megegyező nagyságú ebédlő, és egy másik szalon. A Halle mögött a szervírozó helyiség kapott helyet. A csarnoktól jobbra került a nagyméretű dohányzó, mögötte a kerek toronnyal egybenyitott dolgozószoba-sor. A merőleges, rövid szárnyban a reggelizőszoba és hálószobák voltak. Az emeletet csak félig építették be, a terv alapján itt a vendégszobák, a vendégszalon, a tanító szobája, a kis északkeleti toronyba a vendégek illemhelyisége helyezkedtek el. A helyiségek egykori belső kialakítására csupán Pákei Lajos két részletterve világít rá: a földszinti reprezentatív tereket historizáló stílusú mennyezetek és falburkolatok ékesítették, mint például a gótizáló párkányfrízes síkmennyezettel fedett szalon, vagy a keleti terem esetében. Utóbbit az övpárkány felett kettős oszlopokra támaszkodó árkádok sorozatából álló, keleties falburkolat díszítette. Napjainkra csupán néhány földszinti, neogótikus ajtókeret és a főbejárat mögötti központi csarnok kialakítása őrizték meg az egykori állapotokat. A jelenleg arany-kék-fehér színekben „pompázó” Halle eklektikus, túlnyomóan neoromán és neogótikus elemeket ötvöz. A főlépcsőházat is magába foglaló díszes csarnokot négy vaskos pillér tagolja, fejezetük növényi frízekkel és bimbós oszlopfőkkel díszített. A lépcső és a galéria korlátja félköríves árkádos, neoromán jellegű, a galéria mellvédjének sarkain lévő kővázák is ebben a stílusban készültek. A csarnok magas tükörboltozatát neogótikus boltfiókok sora díszíti. Ugron István korának egyik jelentős erdélyi műgyűjtője volt, külföldi utazásai során gyarapított gyűjteménye leginkább szerb és keleti festők műveit és számos keleti eredetű (perzsa, anatóliai, kínai) iparművészeti tárgyat tartalmazott. A gazdag mű- és fegyvergyűjtemény, valamint a kastély egykori berendezése mára szétszóródott.

Az 1908 és 1912 között épült kastély egyike az utolsó historizáló erdélyi kastélyoknak. Külalakjában kevésbé stílustiszta, hiszen a historizmus alkonyán az építészek már szabadabban keverték a történeti formákat, jelen esetben a neogótikus és neoromán elemeket. Alaprajzi és térszervezési tekintetben az épület szinte pontosan követi a korszak kastélyépítészeti előírásait, amelyeket a Magyar Mérnök- és Építész-Egylet 1907-ben meghirdetett nagypályázatának programja foglalt össze. A kastély művészettörténeti értékét a tervezés (egy műkedvelő arisztokrata és a hivatásos építész erőviszonyainak alakulása) érdekes menete is növeli.

Az államosítás után a berendezési tárgyak legjavát hivatalos személyek hordták szét. A kastélyban 1954-ig gabonagyűjtő központ, 1954–1959 között iskola, 1959–1962 közt gazdasági líceum működött. Az épületben 1963 óta gyerekotthon működött, amelyet 2012 júliusában számoltak fel. Egyelőre nem lehet tudni, hogy a Maros Megyei Tanács tulajdonában lévő, roskadozó külsejű épületet milyen funkcióval fogják betölteni.