В создании архитектурного ансамбля дворца принимало участие несколько архитекторов: с 1782 по 1786 год строительство осуществлялось по проекту Ч. Камерона (центральный корпус с галереями); с 1796 по 1800 год работы велись под руководством архитектора В. Бренна (пристройки (флигелей и оформление парадных залов); в 1800 году в отделке внутренних помещений дворца принял участие архитектор Д. Кваренги: с 1803 года к работам был привлечён архитектор А.Н. Воронихин, а в 1822 году К.И. Росси при постройке Библиотеки оформил северо-западный фасад.
Дворец является композиционным центром парка и далеко виден из смежных районов. Где бы вы ни находились в парке, всегда найдутся такие дороги, просеки или широкие просветы между деревьями, которые позволяют издали увидеть дворец. Иногда просматривается только верхняя часть здания с его легким куполом, иногда — часть того или иного фасада (каждый раз различного). Если же приблизиться к дворцу с запада, то он предстанет возвышающимся на холме в полном своём великолепии. Стройные белые колонны и лёгкий купол как бы ещё более возносят его, и почти не ощущается монументальности этой каменной трёхэтажной постройки, выполненной в характере русских усадеб конца XVIII столетия.
Центральный прямоугольный корпус «главного дома», увенчанный куполом на 64 колоннах, имеет чёткое поэтажное членение. Нижний этаж несколько выдвинут в центре для того, чтобы служить поддержкой сдвоенным колоннам, которыми украшен фасад. Этаж этот оштукатурен так, чтобы создавалось впечатление, будто он сложен из широких прямоугольных камней, что должно было придать постройке монументальность. От «главного дома» шли одноэтажные открытые галереи с колоннами к симметрично расположенным квадратным полутора-этажным служебным флигелям.
Таков был первоначальный облик дворца, построенного по проекту Ч. Камерона. Чтобы выявились и значимость здания, и красота его архитектурных форм с западной стороны, пейзаж здесь создан в традициях русских зодчих, часто размещавших постройку на холме перед озером или прудом. Русло реки у здания было расширено и углублено, а благодаря сооружению плотины у Чёрного моста перед дворцом возникло большое широкое водное зеркало, в тихой глади которого отражается западный фасад прекрасного сооружения с его солнечно-золотистыми стенами и белыми колоннами.
На противоположном берегу расположено лишь несколько отдельно стоящих деревьев с ветвистыми кронами. Они служат как бы рамой, в которой со стороны города вырисовывается дворец. Этот пейзаж особенно хорош при солнечном закате, что и запечатлено в поэтическом описании Павловска Жуковским:
