Obwohl das Kirchheimer Schloss nie als Residenz oder Sommerresidenz diente, verlangte man dennoch eine angemessene Ausdehnung und Qualität der Gärten. Sowohl Franziska von Hohenheim bis 1811 als auch Herzogin Henriette bis 1857 nutzten vor allem Flächen innerhalb der mittelalterlichen Festungsanlagen. Von den ehemals reichen Gärten um das Schloss, die sich in fünf Bereiche gliederten, ist heute nur noch wenig zu sehen.
Vermutlich war die Anlage jenseits der heutigen Allenstraße in der Mitte sternenplatzförmig; neben Wiesen wurden Gemüsegärten bewirtschaftet. Außerdem stand hier das Reithaus. Nach Herzogin Henriettes Tod wurde der Garten von der königlichen Kameralverwaltung immer wieder verpachtet. Die neue Eisenbahnlinie von Kirchheim nach Oberlenningen zerteilte ihn ab 1898/1899 in zwei Hälften; heute ist er ganz verschwunden.
Auf der Fläche des aufgefüllten Schlossgrabens nordwestlich vom Schloss entstand 1846/47 der Lustgarten. Er hatte die typische, qualitätsvolle Gestaltung des 19. Jahrhunderts mit einem Schlängelweg, Baum- und Strauchpflanzungen. Sicher gab es blühende Stauden und Einjahresflor. Der Garten ist seit 1955 durch einen Zaun und einen Fußweg vom Schlossplatz zur Alleenstraße zerschnitten.
Er liegt zwischen Schloss und Marstallgebäude. Dort ließ Herzogin Franziska 1797 ein Treibhaus errichten, das später dem Bau einer Zehntscheuer weichen musste. Nach deren Abbruch legte man um 1846 für Herzogin Henriette einen Garten im Englischen Stil an. Ab 1919 diente die Fläche als Schulgarten für Pflanzen- und Gesteinskunde. Diesen gab man 1939 auf, als der Garten für die Allgemeinheit geöffnet wurde.
Dieser Garten liegt auf den Gewölben der 75 Meter langen Kasematten. Eine Allee rot blühender Kastanien, Rankgerüste mit Rosen und Blumenbeete führten in linearer Anordnung von den Räumen im zweiten Obergeschoss über die Kasematten zu einer verspielten Anlage auf der Bastion. Geschlängelte Wege und mit Blumen bepflanzte Hügel kontrastierten dort romantisch mit der Strenge der Kastanienallee.
Um das über die Jahrzehnte verlorene Paradies des Terrassengartens wiederzufinden, erfolgte im Winter 1999 eine Rodungsaktion in der wild überwucherten und zugewachsenen Anlage. Zum Jubiläumsjahr Henriettes 2007 konnte ein Teil des Gartens aufgedeckt und in einfacher Form nach historischem Vorbild wieder angelegt werden.