Linnan sotilaallinen merkitys väheni keskiajalla, koska Hämeen linna ei enää sijainnut Ruotsin valtakunnan rajaseudulla. Linnan aluehallinnollinen merkitys kasvoi, koska ruotsin kuningas Kustaa Vaasa panosti valtakunnan talouteen ja tarkkaan hallintoon.

Linnaa nykyaikaistettiin 1500-luvulla. Ikkuna-aukkoihin tehtiin lyijypuitteisia laseja ja linnaa lämmitettiin nyt myös kaakeliuunein. Ritarisalin ja Kuninkaansalin katot muutettiin muodikkaiksi puupalkkikatoiksi.

Samalla linna alkoi kuitenkin rapistua: vuonna 1599 sattui ruutiräjähdys, joka tuhosi etelätornin ja Kukkotornin yläosat ja vuonna 1659 riehui tulipalo, jossa tuhoutuivat kaikki puiset rakenteet. Vaikka linnaa korjattiinkin, alkoi sen aika hallinnollisesti tärkeänä keskuksena olla ohi. 1700-luvun alussa linna oli jo menettänyt loistonsa.