Le domaine viticole de Cos et la colline qui le porte entrent par héritage, vers 1810, dans les biens de Louis-Gaspard d'Estournel. Ce dernier entreprend la construction de nouveaux bâtiments d'exploitation dans les années 1830, avant 1838, date à laquelle les chais, "dans le genre Chinois", sont mentionnés par Stendhal dans le récit de son voyage dans le Midi. Cependant, les travaux ne sont achevés que plus tard, les archives du domaine gardant trace d'une commande passée en 1843 de "trois ou quatre batelées" de pierre de Bourg pour le chantier des "deux pavillons du château". Un plan de 1845 montre le domaine constitué d'un vaste ensemble de bâtiments comprenant, outre le "château" avec ses "pagodes" (il s'agit en fait du cuvier), divers logements destinées aux "valets", des écuries, étables à bœufs, hangars et tour-château d'eau.
La demeure voisine et ses dépendances, acquise des frères Labory (et de fait appelée Cos Labory), faisait alors partie de la propriété, mais elle en fut vraisemblablement distraite lors de la vente du domaine au banquier londonien Martyns en 1852.
Avec la renommée grandissante du cru, consacré par le classement de 1855 et récompensé par une médaille d'or agricole en 1866, et l'augmentation de la production, de nouveaux bâtiments vini-viticoles sont édifiés ou modernisés durant le 3e quart du 19e siècle, en particulier un chai à barriques adossé au "château" dans les années 1860 (information orale).
En 1869, Cos d'Estournel, ainsi que Pomys, l'Abbaye-de-l'Isle et Bédilloux, sont rachetés par la famille de Errazu et placés sous l'administration de Jérôme Chiapella, "un des viticulteurs des plus compétents de la Gironde, propriétaire du célèbre crû la Mission-Haut-Brion, à Pessac, et négociant à Bordeaux" (Cocks, 1874).
Un plan du domaine de 1886 montre aussi que le chai de vieillissement a été aménagé dans ce qui figurait auparavant comme hangar.
En 1889, Cos d'Estournel et Pomys sont acquis par MM. Hostein frères (qui achètent également Château Montrose) puis passent à M. Louis Charmolue en 1894, par son mariage avec Mlle Hostein (Cocks, 1898).
Passé de mains en mains, détenu par les héritiers du négociant bordelais Fernand Ginestet, le domaine bénéficie d'importants travaux dans la 2e moitié du 20e siècle : doublement du chai en profondeur dans les années 1960 et construction de nouveaux bâtiments d'exploitation dans les années 1980 et 1990.
Enfin, suite à l'acquisition du domaine en 2000 par la famille Reybier, des travaux de modernisation sont menés sous la conduite de l'architecte Jean-Michel Wilmotte : le chai des années 1860 et les constructions attenantes du 20e siècle ont été détruits pour faire place à de nouvelles installations viticoles.
