Олександрівський палац був закладений в 1792 році і отримав тоді назву Нового Царськосельського. Його будували до одруження великого князя Олександра Павловича (майбутнього імператора Олександра I). Він в'їхав сюди з дружиною Єлизаветою Олексіївною 12 червня 1796 року, будівництво закінчилося в травні того ж року.
Олександрівський палац побудували за проектом італійського архітектора Джакомо Кваренгі. В обробці будівлі і перебудові інтер'єрів пізніше брали участь архітектори Руска, Макер, Черфоліо, Тон, Стасов, Єфімов та інші. З боку регулярної частини парку фасад був зроблений у вигляді полуротонди, яку перекриває сферичний купол.
Оформленням палацових інтер'єрів керували іноземні майстри Шпонгольц, Моклорд, Феррарі. При цьому під час відвідин заміській резиденції Олександр I любив відпочивати в Великому Царскосельском палаці. Олександрівський палац сподобався його братові і майбутнього імператора Миколи I. Пізніше Олександрівський палац був великокнязівської резиденцією майбутнього імператора Олександра III. У 1868 році в Олександрівському палаці народився останній російський імператор Микола II. Саме звідси разом зі своєю сім'єю він відправився на заслання до Тобольська 1 серпня 1917 року.
У 1918 році в палаці відкрили державний музей, після тут розмістилися Будинок відпочинку співробітників НКВС і Дитячий будинок імені Юних Комунарів. На початку Великої Вітчизняної війни звідси вивезли частину меблів, порцелянові і мармурові вироби, килими та люстри, але, в основному, майно палацу було залишено. Фашисти влаштували в будівлі в'язниці, гестапо, німецький штаб. На площі перед палацом вони ховали солдатів військ СС.
Після ВВВ будівлю віддали Академії наук СРСР, потім - Військово-морському відомству. У 1996 році почалася реставрація Олександрівського палацу за рахунок гранту Світового фонду пам'яток (WMF). У вересні 2015 року музей закрили для проведення реставрації, яку планується закінчити до середини 2018 року.
