Au 18e siècle, les religieux confient l’exploitation de leurs terres et de leurs bâtiments agricoles à des laïcs, tout en conservant pour eux le château, autrefois résidence favorite de leurs abbés deux siècles plus tôt. Construit par le cardinal de Tournon (1490-1562), le domaine se compose, à la fin du 17e siècle, d’un château comprenant une cuisine, une salle à manger, une fontaine, une grande salle, une chapelle et six chambres de maîtres.
Confisqué pendant la Révolution, le château est démoli sous la Restauration. Quelques dépendances subsistent, dont un petit pavillon encore visible en 1955.
Bien qu’il soit difficile de connaître précisément la population de Cachan au début du 19e siècle, le recensement de 1801 indique qu’Arcueil-Cachan compte 1 126 habitants. Ce chiffre augmente rapidement avec l’essor industriel et l’extension de Paris. D’importantes transformations s’amorcent dès l’époque napoléonienne.
En 1811, l’ancien cimetière attenant à l’église paroissiale d’Arcueil est déplacé sur le territoire de Cachan, à l’emplacement du cimetière communal actuel. L’aménagement du territoire s’améliore : les constructions le long de la Bièvre sont désormais réglementées, et les moyens de transport se modernisent peu à peu.
À la veille de la guerre de 1870, le pont-aqueduc de la Vanne — long de 900 mètres et haut de 38 mètres — est presque terminé. Toute la banlieue sud subit les conséquences du premier conflit franco-allemand, et Cachan devient un point stratégique de résistance face aux troupes prussiennes.