С начала XVIII века и до 1818 года Александровский лесопарк служил "зверинцем" для царской охоты. Его часть, непосредственно примыкающая к Екатерининскому дворцу вблизи "золотых ворот", была названа Новым садом и в 1740 -1750 годах распланирована в регулярном стиле. Строительство дворца велось с 1792 по 1796 год для любимого внука Екатерины II Великого князя Александра Павловича. Выдающийся памятник мировой архитектуры, истинный шедевр русского классицизма был спроектирован архитектором Дж.Кваренги и возводился под надзором И.В.Неелова. После его смерти за строительством надзирал П.В.Неелов. Строил дворец прапорщик Новиков. Исследования и заключения по прочности фундаментов давали известнейшие архитекторы того времени.

Первоначальный вариант проекта Дж.Кваренги был предназначен для постройки дворца в Санкт-Петербурге (вынесенный вперед парадный двор в центре, боковые крылья по сторонам характерны именно для городских дворцов). Когда же выяснилось, что строительство планируется в Царском Селе, Дж. Кваренги переработал проект. Он оставил колоннаду из двух рядов коринфских колонн, но отодвинул ее в глубину, придав им декоративное значение. Главные входы в здание расположены по сторонам колоннады. В такой композиции обозначился отход от приемов архитектуры классицизма, для которой, в частности, характерно размещение на центральной оси здания парадного входа. Обращенный на север главный фасад дворца особенно красив в ясные дни, когда два ряда белых колонн, освещенных солнцем, кажутся полупрозрачными, как бы вылепленными из воска. В 1838 году перед фасадом установили бронзовые статуи: "Парень, играющий в бабки" работы Н.С.Пименова и "Парень, играющий в свайку" работы А.В.Логановского. Эти статуи увидел на выставке академии художеств в Санкт-Петербурге в 1836 году А.С.Пушкин и приветствовал их четверостишиями, впоследствии запечатленными на постаментах скульптур.

Внутренняя отделка дворца, в свое время выполненная по проектам Дж.Кваренги, сохранилась только в убранстве парадной анфилады залов - Полукруглого, Портретного и Биллиардного, а также Зала с горкой. В соответствии с быстро меняющимися вкусами производилась неоднократная реконструкция и переделка интерьеров, которую осуществляли в 1817, 1826, 1830-1850 годах В.Стасов, Д.Черфолио, А.Тон, Д.Ефимов, А.Штакеншнейдер и другие зодчие. Интерьеры Дж.Кваренги были изменены и при устройстве комнат Николая II.

Один из лучших образцов интерьерного искусства эпохи классицизма - Концертный, или Большой, зал спроектирован Дж.Кваренги. Он занимает всю ширину левого корпуса дворца. Члененные пилястрами и колоннами коринфского ордера стены отделаны искусственным мрамором. В 1903 году Большой зал разделили перекрытием на два этажа, сделав в первом этаже кабинет Николая II и Кленовую гостиную Александры Федоровны, а во втором - комнаты детской половины. Одновременно в правом крыле с помощью фирмы "Мэпл" архитектор Шерборн, проектировавший дачу Великого князя Бориса Владимировича, отделал покои вдовствующей Императрицы Марии Федоровны.

Фасад дворца, обращенный к парку, украшен полуротондой, перекрытой куполом. До Великой Отечественной войны в Александровском дворце была открыта историко-бытовая экспозиция, посвященная жизни последнего российского самодержца. Служебные помещения дворца использовались как Дом отдыха.

После войны фасады дворца и парадные помещения были восстановлены. С 1949 по 1952 год в залах были развернуты экспозиции Музея А.С.Пушкина.

С 1952 по 1954 год в левом крыле Александровского дворца жили и учились первые курсанты Строительного училища ВМС, пока не был окончательно восстановлен дворец княгини Палей, ставший одним из учебных корпусов Пушкинского военного строительно-технического училища. В правом крыле квартировали в этот же период другие воинские части.
В 1997 году в левом крыле дворца была открыта музейная экспозиция, посвященная последнему российскому Императору.