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質問内容に合わせて、Swiftで書かれた関数のObjective-C版を追記しました
ソース リンク

補足: 回答内関数のObjective-C版を付記します

// e.g.)
// CGPoint points[4];
// [self rectToPoints: rect points: points];
- (void)rectToPoints:(CGRect)rect points:(CGPoint[4])points {
  
  points[0] = CGPointMake(CGRectGetMinX(rect), CGRectGetMinY(rect));
  points[1] = CGPointMake(CGRectGetMaxX(rect), CGRectGetMinY(rect));
  points[2] = CGPointMake(CGRectGetMaxX(rect), CGRectGetMaxY(rect));
  points[3] = CGPointMake(CGRectGetMinX(rect), CGRectGetMaxY(rect));
}

// e.g.)
// CGRect rect = [self pointsToRect: points];
- (CGRect)pointsToRect:(CGPoint[4])points {
  
  CGFloat minX = points[0].x;
  CGFloat maxX = points[0].x;
  CGFloat minY = points[0].y;
  CGFloat maxY = points[0].y;
  
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    minX = fminf(minX, points[i].x);
    maxX = fmaxf(maxX, points[i].x);
    minY = fminf(minY, points[i].y);
    maxY = fmaxf(maxY, points[i].y);
  }
  
  return CGRectMake(minX, minY, maxX - minX, maxY - minY);
}

補足: 回答内関数のObjective-C版を付記します

// e.g.)
// CGPoint points[4];
// [self rectToPoints: rect points: points];
- (void)rectToPoints:(CGRect)rect points:(CGPoint[4])points {
  
  points[0] = CGPointMake(CGRectGetMinX(rect), CGRectGetMinY(rect));
  points[1] = CGPointMake(CGRectGetMaxX(rect), CGRectGetMinY(rect));
  points[2] = CGPointMake(CGRectGetMaxX(rect), CGRectGetMaxY(rect));
  points[3] = CGPointMake(CGRectGetMinX(rect), CGRectGetMaxY(rect));
}

// e.g.)
// CGRect rect = [self pointsToRect: points];
- (CGRect)pointsToRect:(CGPoint[4])points {
  
  CGFloat minX = points[0].x;
  CGFloat maxX = points[0].x;
  CGFloat minY = points[0].y;
  CGFloat maxY = points[0].y;
  
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    minX = fminf(minX, points[i].x);
    maxX = fmaxf(maxX, points[i].x);
    minY = fminf(minY, points[i].y);
    maxY = fmaxf(maxY, points[i].y);
  }
  
  return CGRectMake(minX, minY, maxX - minX, maxY - minY);
}
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CGRectの仕様として原点の座標とサイズを保持するようになっているため、45度傾けた時点でCGRectのサイズが拡大されてしまいます。
(長方形を紙に描いて、傾けてみればわかりやすいかと思います)

これを避ける場合、元のCGRectから四隅に該当するCGPointを生成して、それぞれ別々に変換させるのが楽かと思います。こうしておけば、CGAffineTransformInvert()でそれぞれのCGPointを元の位置に戻すことが出来ます。

以下Swiftですが、試しにやってみました。

// CGRectの四隅をCGPointに変換
func rectToPoints(rect: CGRect) -> [CGPoint] {
    var ar = [CGPoint]()
    ar.append(CGPoint(x: rect.minX, y: rect.minY))
    ar.append(CGPoint(x: rect.maxX, y: rect.minY))
    ar.append(CGPoint(x: rect.maxX, y: rect.maxY))
    ar.append(CGPoint(x: rect.minX, y: rect.maxY))
    return ar
}

// CGPointをCGRectに変換
func pointsToRect(points: [CGPoint]) -> CGRect {
    var min_x = points[0].x
    var max_x = points[0].x
    var min_y = points[0].y
    var max_y = points[0].y

    for pos in points {
        min_x = min(min_x, pos.x)
        max_x = max(max_x, pos.x)
        min_y = min(min_y, pos.y)
        max_y = max(max_y, pos.y)
    }
    return CGRect(x: min_x, y: min_y, width: max_x-min_x, height: max_y-min_y)
}

// 初期状態
let rect = CGRect(x: 10, y: 10, width: 100, height: 100)
let transform = CGAffineTransformIdentity

// 45度回転させる
let rotate = CGAffineTransformMakeRotation(CGFloat(45.0 * M_PI / 180.0))
let transform2 = CGAffineTransformConcat(transform, rotate)
let rect2 = CGRectApplyAffineTransform(rect, transform2)

// ここまでは、Objective-CのコードをSwiftに直しただけ

// 四隅を別々にしてから45度回転
let point = rectToPoints(rect)
let point2 = point.map() { pos in CGPointApplyAffineTransform(pos, transform2) }
let rect3 = pointsToRect(point2)    // {x -70.711 y 14.142 w 141.421 h 141.421}

// 四隅を別々に逆変換
let invert = CGAffineTransformInvert(transform2)
let point3 = point2.map() { pos in CGPointApplyAffineTransform(pos, invert) }
let rect4 = pointsToRect(point3)    // {x 10 y 10 w 100 h 100}