В архитектуре дворцовых фасадов и интерьеров отразилось несколько периодов истории резиденции.

Во внешнем облике здания от петровского времени сохранилась центральная часть дворца с балконом. Для зрелого русского барокко середины Xviii века типичны монументальные флигеля и боковые корпуса - гербовый и церковный, фигурная кровля, щедрая декорировка купольных завершений, разнообразные картуши.

Переделки последующего времени и частичная утрата декоративных деталей не исказили художественной сущности дворца, который воспринимается как целостный по своему стилю памятник архитектуры Xviii века.
Первоначальный дворец (верхние палаты) построили и декорировали в 1714 - 1724 годах. Первые два года его сооружением руководил и. Браунштейн, осуществлявший указания Петра. Затем два с лишним года работы вел ж. - б. леблон. Он спас строящийся дворец, скрепив его треснувшие стены железными связями и проложив дренажный канал, который предотвратил размыв фундаментов. Леблон создал в первом этаже вестибюль с пилонами, дубовую лестницу, кабинет Петра, придал большую парадность залу второго этажа, увеличив окна и двери. На каждом фасаде архитектор сделал по три парадных входа, удлинил балкон на всю ширину среднего ризалита. Приехавший из Франции по вызову леблона скульптор - декоратор Н. пино выполнил рисунки рельефов для фронтонов.
Начиная с 1719 года строительство верхних палат шло по проекту Н. микетти. Он расширил их, пристроив галереи, замкнутые двухэтажными флигелями, и окончил отделку интерьеров. Микетти превратил небольшие верхние палаты в эффектное дворцовое здание. Его средняя двухэтажная часть с высокой мансардной кровлей почти совпадала по ширине с большим каскадом.
Она выделялась насыщенностью и разнообразием отделки - пилястрами, кованой решеткой балкона, скульптурными фронтонами. Галереи с вазами на балюстрадах ее с флигелями соединяли. При Петре в нижнем этаже верхних палат кроме парадного вестибюля находились кухня, мыльня, хозяйственные кладовые и "Каморки для Прислуги". В погребе хранились вина и припасы к столу. Во втором этаже размещались кабинет Петра, парадный зал - итальянский салон, куда вела дубовая лестница, спальня, буфетная и другие комнаты. Во флигелях в каждом этаже было по четыре помещения.
Петровские верхние палаты с их единственным большим залом и ограниченным числом комнат уже через несколько лет после завершения постройки перестали отвечать потребностям царского двора, в котором все больше нарастало стремление к роскоши. Этим и была продиктована необходимость начинавшихся перестроек.
По проекту М. Земцова в 1732 году по сторонам флигелей параллельно склону поставили одноэтажные деревянные жилые корпуса. Они удлинили фасад, но не увеличили число парадных помещений.