Дворец был построен по распоряжению императора Николая I в качестве свадебного подарка его дочери Марии Николаевне. Её избранником стал герцог Максимилиан Лейхтенбергский — внук короля Баварии и сын Евгения Богарне, пасынка Наполеона Бонапарта. Будущий супруг императорской дочери приехал в Россию для наблюдения за кавалерийскими манёврами, где и произошло их знакомство.
Несмотря на то, что у герцога имелись собственные владения в Баварии, он отказался от них ради жизни в России. Построенный дворец стал резиденцией новой семьи и впоследствии оставался в собственности её потомков, которые были официально признаны представителями династии Романовых.
В советское время здание перешло в ведение Биологического института Ленинградского государственного университета. Во время Великой Отечественной войны постройка серьёзно пострадала, однако к началу XXI века была восстановлена. Сегодня дворец является объектом культурного наследия федерального значения и находится под государственной охраной.