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Bien qu'attestée dans les biens de l'évêque de Lausanne en 1272 seulement, la Tour de Marsens doit certainement remonter au XIIe siècle: le nom de Marsens apparaît pour la première fois dans la transcription d'une charte de 1166 et une maison y est signalée (domum de Marcens). Il est donc possible que ce soit l'évêque Landri de Durnes qui fit construire la tour vers 1160. Il fit cadeau des terres du domaine au couvent d'Humilimont fondé par les Sires de Marsens en Gruyère. La Tour semble avoir servi de refuge pour les moines mais ceux-ci n'en furent jamais propriétaires.

En 1527, alors acquise par Jean de Plait qui fut anobli à cette occasion, la Tour connaît une importante transformation. D'ouvrage défensif elle devient habitat.

Entre la fin du XVIe et le XIXe siècle la Tour appartient aux membres de la famille Clavel de Cully qui furent les derniers seigneurs de Marsens. Malheureusement, ils laissèrent l'édifice tomber peu à peu en décrépitude.

En 1870, François Naef, pasteur et historien à Lutry, la rachète pour la sauver de la ruine. Pour faciliter l'accès à l'intérieur de la Tour lors des travaux de restauration,il décide  le percement de la porte inférieure. Il dirige les premiers travaux avec l'aide de son neveu, Albert Naef, archéologue cantonal bien connu.

En 1946, les façades sont restaurées et une zone protégée est créée avec l'aide des pouvoirs publics pour laisser à la Tour de Marsens un cadre digne d'elle.