W latach 1616-1624 zamek został podwyższony o jedno piętro i dobudowano doń dwie wieże od strony wschodniej, które przykryto hełmami. Od strony zachodniej postawiono wyższą od pozostałych pojedynczą wieżę, a w 1634 r. dodano wieżyczkę z klatką schodową kończąc tym samym dzieło budowy zamku. Zamek został zbudowany według projektu niderlandzkich architektów pod kierunkiem Hansa van Steenwinkela JunioraClaus Hagen Petersen: Politikens bog om København, Politikens Forlag A/S 2004, s. 69. przy znaczącym udziale króla Chrystiana IV, który też przeniósł się tutaj ze dworem.
Niderlandzcy architekci nadali zamkowi formy i wystrój zgodny z założeniami ówcześnie modnego renesansu niderlandzkiego. Wokół zamku powstał park zwany Ogrodem Króla (Kongens Have), a sam budynek został otoczony fosą. Chrystian IV zakończył swój żywot właśnie w Rosenborgu, gdzie zmarł 26 lutego 1648 r.Claus Hagen Petersen: Politikens bog om København, Politikens Forlag A/S 2004, s. 70. Jego następcy, Fryderyk III i Chrystian V także często przebywali w Rosenborgu, ale na pocz. XVIII w. dwór duński przestał tam bywać preferując inne rezydencje. Fryderyk IV uważał Rosenborg za przestarzały i niemodny. Chrystian VII był ostatnim królem Danii, który spędził noc w Rosenborgu. Stało się to po przegranej przez Duńczyków bitwie na redzie portu kopenhaskiego w 1801 r.