На місці відомого всьому світу петербурзького Зимового палацу перша споруда з'явилася ще за Петра I. Тут, на набережній Неви, перебували вдома графа А. Ф. Апраксина, А. В. Кікіна, С. В. Рагузинского, П. І. Ягужинского і Г . П. Чернишова. Будинок Кікіна пізніше перейшов Морської Академії.
У 1711 році Петро I вказав побудувати для себе невеликий "дерев'яний будиночок в голландському стилі". Він розмістився на тому місці, де зараз знаходиться Ермітажний театр. Його Петро I і став називати Зимовим палацом. В 1712 до весілля Петра I і Катерини I "маленький будиночок" був значно перебудований і перетворений на справжній палац. У 1718 році перед боковим фасадом будинку прорили канал, названий по палацу Зимової канавкою. Перебудова першого Зимового палацу була доручена архітектору Г.І.Маттарнові. У 1716 році він звів новий Зимовий палац.
28 січня 1725 року тут помер Петро I.
Через 10 років імператриця Анна Іванівна порахувала Зимовий палац занадто маленьким і в 1731 році доручила його перебудову Ф. Б. Растреллі. Для нового будівництва були викуплені знаходилися тут будинки графа Апраксина, і Чернишова, а також будівля Морської академії. Вони були знесені, на їх місці і був побудований до 1735 року новий третій Зимовий палац. Тут 2 липня 1739 року відбулося заручення принцеси Анни Леопольдівни з принцом Антоном-Ульріхом. Після смерті Анни Іоанівни сюди привезли малолітнього імператора Івана Антоновича, який пробув тут до 25 листопада 1741 року, коли Єлизавета Петрівна взяла владу в свої руки.
Імператриця Єлизавета Петрівна також побажала переробити під свій смак імператорську резиденцію. 1 січня 1752 року вона взяла рішення про розширення Зимового палацу, після чого були викуплені сусідні ділянки Рагузинского і Ягужинского. На новому місці Растреллі прилаштовував нові корпуси. За складеним їм проекту ці корпусу повинні були бути влаштовані до вже існуючих і бути оформлені з ними в єдиному стилі. У грудні 1752 імператриця побажала збільшити висоту Зимового палацу з 14 до 22 метрів. Растреллі був змушений переробляти проект будівлі, після чого вирішив будувати його в новому місці. Але Єлизавета Петрівна відмовилася від переміщення нового Зимового палацу. В результаті архітектор приймає рішення будувати всю будівлю заново, нові проект був підписаний Єлизаветою Петрівною 16 червня 1754 року.
У 1754-1762 роках і з'явилося те будівлю, яке можливо спостерігати зараз. У будівництві палацу були зайняті тисячі кріпаків.
У той час Зимовий палац став найвищою будівлею в Санкт-Петербурзі. Будівля включало в себе близько 1500 кімнат. Єлизавета Петрівна не дожила до закінчення будівництва, брав роботу 6 квітня 1762 роки вже Петро III. До цього часу була закінчена обробка фасадів, але багато внутрішні приміщення ще не були готові.
Влітку 1762 року Петра III вбили, закінчено будівництво Зимового палацу вже при Катерині II. Перш за все імператриця відсторонила від робіт Растреллі, розпорядником на будівництві став Бецкой. У 1763 році імператриця перемістила свої покої в південно-західну частину палацу, під своїми кімнатами вона наказала розмістити покої свого фаворита Г. Г. Орлова. З боку Двірцевій площі був облаштований Тронний зал, перед ним з'явилося приміщення для очікування - Білий зал. Позаду Білого залу розмістили їдальню. До неї примикав Світлий кабінет. За їдальні слідувала Парадна опочивальня, що стала через рік Алмазний спокоєм. Крім того імператриця наказала облаштувати для себе бібліотеку, кабінет, будуар, дві спальні і вбиральні. У вбиральні імператриця спорудила стільчак з трону одного зі своїх коханців, польського короля Понятовського. При Катерині в Зимовому палаці був споруджений зимовий сад, Романовська галерея. Тоді ж завершилося формування Георгіївського залу.
29 вересня 1773 в Зимовому палаці відбулося весілля майбутнього імператора Павла I з Вільгельміна Гессен-Дармштадской (в православ'ї - Наталія Олексіївна). Після вінчання вища знать зібралася в тронному залі, де був сервірований стіл. Далі пішов бал, який відкрили наречені. Однак плаття Наталі виявилося настільки важким через розсипаних по небу дорогоцінних кам'яній, що вона зуміла протанцювати лише кілька менуетів. Поки Наталю роздягали, Павло вечеряв в сусідній кімнаті зі своєю матір'ю.
1776 році в покоях Зимового палацу під час пологів померла велика княгиня Наталія Олексіївна. Разом з нею помер так і не народилася дитина.
У 1780 році Катерина II вирішила недоречним ходіння публіки в Ермітаж через її власні покої. За її указом була створена галерея-перемичка між Зимовим палацом і Малим Ермітажем, за допомогою якої відвідувачі могли минути царські апартаменти. Таким образів з'явилися Мармурова галерея і новий Тронний зал. Він був відкритий 26 листопада (день Святого Георгія) 1795 року і названий "Георгіївським". За ним розташували Апполонов зал.
До 1790 року зі Парадній (пізніше Посольській, Йорданської) сходи був вхід в анфіладу з п'яти залів приблизно одного розміру. Вони вели до шостого - трон залу, розташованому в північно-західному куті палацу. У 1790-х роках три авансзала об'єднали в Великий (пізніше - Миколаївський) зал. Перед ними був оформлений Авансзал, а за ним - Концертний зал.
При Миколі I в 1826 році в палаці архітектором Карлом Россі була створена Галерея 1812 року, де розташувалися 332 портрета учасників Вітчизняної війни. Відкрита вона була 25 грудня, в чотирнадцяту річницю вигнання французької армії з Росії. Карлом Россі ж після відкриття галереї були спроектовані приміщення навколо неї. Зодчим були задумані Авансзал, Гербовий, Петровський і фельдмаршальський зали. Після 1833 року це приміщення добудовував Огюст Монферран .
У 1837 році в Зимовому палаці сталася пожежа. Загасити його не могли три дні, весь цей час винесене з палацу майно було складено навколо Олександрівської колони. Угледіти за кожною дрібницею з усіх речей складених на Двірцевій площі було неможливо. Тут лежала дорогі меблі, фарфор, столове срібло. І незважаючи на відсутність адекватної охорони, нічого не пропало. Таким чином багато речей вдалося врятувати, проте сама будівля постраждала так, що відновлювати його тоді порахували практично неможливим. Від нього залишилися тільки кам'яні стіни і склепіння першого поверху.
Завдяки архітекторам В. П. Стасову і А. П. Брюллова вже через два роки будівля була відновлена, було зменшено кількість скульптур на даху палацу. Торжество з нагоди відновлення Зимового палацу відбулося в березні 1839 року. Планування будівлі створена в цей час була збережена майже без змін аж до 1917 року.
У 1844 році Миколою I був виданий указ про заборону будувати в Санкт-Петербурзі цивільні будівлі вище висоти Зимового палацу. Вони повинні були будуватися як мінімум на одну сажень менше.
У 1869 році в палаці замість свічкового з'явилося газове освітлення. З 1882 року почалася телефонізація приміщень. У 1880-х роках тут був споруджений водопровід (до цього все користувалися рукомийниками). На різдво 1884-1885 року в залах Зимового палацу було випробувано електричне освітлення, з 1888 року газове освітлення поступово замінювалося на електричне. Для цього в другому залі Ермітажу побудували електростанцію, 15 років що була найбільшою в Європі.
