Первоначальный участок был сформирован из двух владений, принадлежавших генерал-майору К. И. Альбрехту и купцу Петрову. К 1845 году на участке Петрова имелось каменное одноэтажное здание на высоких подвалах и два расположенных перед ним служебных флигеля. В 1846–1848 годах архитектор Ефимов для церемониймейстера А. И. Сабурова расширяет существующий жилой дом, превратив его в парадный особняк. Один из флигелей был уничтожен и заменен на новый, связанный с главным зданием.
В 1849 году Г. Боссе для того же владельца пристраивает к парадному входу сени с богатым декором фасадов и расширяет дом пристройкой одноэтажного западного флигеля на подвалах.
Между 1849–1875 годами неизвестный архитектор перестраивает мансардный этаж главного здания и декорирует его балюстрадой, украшенной бюстами.
Можно предположить, что идея размещения бюстов на балюстраде принадлежала Г. Боссе по аналогии с построенным им домом Департамента уделов на Литейном проспекте, 39, где во фризе также имеются круглые ниши со скульптурным декором.
В 1875–1878 годах по проекту инженер-капитана Чикалева уже для потомственного почетного гражданина Г. Малкиелия был надстроен вторым этажом западный флигель и связывающий его с главным зданием объем. Тогда же к восточному крылу главного здания на месте галереи был пристроен восточный флигель со вторым входом. Первый участок, выходящий на Алексеевскую улицу (улица Писарева), 108 кв. саженей был приобретен 19 марта 1882 г.; 20 марта 1882 г. было приобретено имущество на набережной реки Мойки и Английскому проспекту у Г. Малкиелия площадью 4272 кв. сажени. Так сложился основной участок со всеми постройками, в том числе — здание особняка, которое Месмахер превратил в великокняжескую резиденцию.
В том же 1882 году был приобретен участок у владельца Воронина по Английскому проспекту площадью 597 кв. саженей. В следующем году приобретается участок у Баташова, выходящий на набережную Мойки, площадью 2476 кв. сажени. Еще два приращения основного участка путем обмена были включены во владения Алексея Александровича в 1884–1886 гг.
Проектирование дворца, порученное М. Месмахеру, продолжалось с 1883 по 1885 годы.
В богатейшей коллекции чертежей М. Месмахера, хранящихся в архитектурном отделе НИМ PAX, имеется более 70 чертежей не только фасадов дворца и вспомогательных построек разных стадий проектирования, но интерьеров, проектов мебели и предметов прикладного искусства. Многие из чертежей в процессе работы над книгой удалось атрибутировать [23, 39], опубликовать и ввести в научный обиход.
