Летний дворец был построен в стиле петровское барокко по проекту Доменико Трезини в 1710—1714 годах. Петр вьехал и жил там с супругой Екатериной I с мая по октябрь до самой смерти в 1725 году. Петр занимал нижний этаж, а помещения 2-ого этажа предназначались для Екатерины. Двухэтажный дворец состоит из 14 комнат и 2 кухонь. Стены в Летнем дворце достаточно тонкие, а в окнах — одинарные рамы. Строительством руководил немецкий архитектор Андреас Шлютер.
29 терракотовых рельефов на фасадах дворца представляют аллегории событий Северной войны. Интерьеры Летнего дворца оформляли по проектам, которые привез с собой из Парижа французский архитектор Жан-Батист Александр Леблон (ставший позже главным архитектором Санкт-Петербурга), и по рисункам его помощника французского скульптора Николя Пино. В этих проектах использованы ламбри — деревянные панно во всю высоту стен с лепкой, окрашенной в светлые тона и частичной позолотой, а также росписи, зеркала, камины и десюдепорты, падуги, живописные плафоны. Отдельные росписи выполняли русские мастера: живописец Александр Иванович Захаров, Илья Заварзин и Федор Матвеев.
После смерти Петра вплоть до середины XIX века дворец использовался в качестве летней резиденции для сановников и придворных: в 1815 году племянником и протеже Суворова, генералом от инфантерии — Александром Ивановичем Горчаковым, в 1816 году другим генералом от инфантерии, министром юстиции и членом Государственного совета — Дмитрием Ивановичем Лобановым-Ростовским , с 1822 года легендарным героем Отечественной войны 1812 года и Санкт-петербургским военным генерал-губернатором — Михаилом Андреевичем Милорадовичем, в 1830-е годы генералом при Особе Его Величества и министром финансов — Егором Францевичем Канкриным , и наконец, в 1840-е годы действительным тайным советником, статс-секретарем Его Императорского Величества Николая I и министром финансов-Федором Павловичем Вронченко. Генералы, министры и тайные советники жили здесь и в холодное время года, для чего им предоставлялся только 2-ой этаж.
При Александре I весной и летом в царскую резиденцию стали допускать публику; в 1840 году была составлена подробная опись «исторических достопамятностей», некоторые из них были реставрированы. В 1934 году в здании дворца был открыт историко-бытовой музей. Во время Великой Отечественной войны здание пострадало: были вырваны рамы, осыпалась штукатурка на потолках комнат и на фасаде, крыша была повреждена осколками снарядов.
Реставрация дворца началась в 1946 году. В 1947 году музей был снова открыт для посещений. В 1950—1960-х годах была проведена полномасштабная реставрация с целью восстановить изначальный облик дворца, в том числе были заменены полы, изменена система отопления, восстановлена лепка, рисунок плафонов, возвращена обивка стен тканью.
Первая приемная предназначалась для ожидания гостей. Сейчас на стенах помещения и в витрине размещены материалы экспозиции и предметы, найденные при реставрации и раскопках (глиняная посуда, тарелки и т.д.). Интересна изразцовая печь, восстановленная в период реставрации 1961-1964 г.г. по образцу с сохранившимися голландскими изразцами 18 века. На стене представлены подлинные изразцы, где была вскрыта часть кирпичной кладки стен 18 века. В гардеробной находится внушительный шкаф, сделанный на заказ.
Вторая приемная служила для встреч вельмож с Петром I. Интересны выполненные из дуба двери, панели, и ставни петровского времени. Живописный плафон на потолке «Триумф России» работы мастера Гзеля. На стенах размещены портреты ближайших сподвижников императора- Меншикова, Шафирова, Ягужинского, Ромодановского, Шереметева, Толстого, Апраксина. Португальские мастера выполнили для комнаты стулья и кресла, которые были обиты тисненой кордовской кожей.
Кабинет Петра I в Летнем дворце типичное для императора помещение, которое он устраивал везде, где проводил какое-то время. Даже в путевых дворцах был всегда обязательно устроен рабочий кабинет. Рабочий кабинет был и в домике Петра на набережной с противоположной стороны от Летнего Дворца. Иногда Петр I выходил на набережную посмотреть на свое любимое детище-первое деревянное строение Санкт-Петербурга. В рабочих кабинетах император проводил встречи с чиновниками, занимался государственными делами, проводил экзамены молодых дворян, писал указы и т.д.
Уникальный и сейчас действующий «Ветровой прибор» в резной дубовой раме стоит в кабинете Петра I в Летнем дворце. Сделан в Дрездене в 1714 году. Верхний циферблат прибора показывают время, а нижние силу, скорость и направление ветра. Стрелки нижних циферблатов соединены с флюгером на крыше Летнего дворца. На раме изображены мифологические персонажи, олицетворяющие морские стихии (бог Нептун, повелитель ветров Эол), а также трезубцы. Раму венчает морская корона.
В секретарской работал постоянный кабинет-секретарь Макаров. Он принимал документы и прошения для Петра I. Во время реставрации помещения в 1964 году была восстановлена лепка, такая же как и во дворце Монплезир в Петергофе. Живописный плафон на потолке «Триумф Минервы» прославлял победы России в Северной войне. Четыре медальона изображали дополнительно военные атрибуты. В комнате стоит шахматный стол, за которым Петр I играл с Макаровым, а также бюро-кабинет испанской работы из палисандра, украшением которого являются накладки из позолоченной бронзы.
Спальню Петра I украшает интересный плафон «Торжество Морфея», где бог сна Морфей с помощницей по имени Ночь и фигурой угасающего Дня создают таинственную картину потустороннего мира. В руке Морфея пучок маковых головок, левая рука Морфея поднята над головой. Темные крылья Морфея позволяют ему парить в эфире сновидения.. К сожалению автор не установлен. Лепка потолка в спальне восстановлена в соответствии с рисунком лепки из Малого кабинета в петергофском Монплезире. Стены спальни также воссозданы по образцам 18 века. Вытяжной колпак камина спальни Петра I оформлен барельефами немецкого скульптора Андреаса Шлютера «Мальчик на дельфине» и «морской пейзаж»
В столовой проходили семейные обеды, куда постоянно приглашались гости, в основном сподвижники Петра I. Серый штоф стен столовой воссоздан по модным образцам 18 века. Стены украшают фаянсовые блюда производства фабрики Дельфта и живописные натюрморты голландских авторов. Из мебели интересен шкаф< выполненный русскими мастерами, в котором хранились столовое белье. Интересен английский дубовый поставец и ореховый стол работы русских мастеров. В углу столовой можно видеть окошко, из которой подавались блюда. Потолок столовой украшен овальным плафоном «Триумф ПетраI», автор которого предположительно швейцарский живописец Георг Гзель, приглашенный в Санкт-Петербург лично Петром I. Сюжет плафона наполнен большим числом аллегорических персонажей. В центре изображен Петр I в императорской мантии и с императорской короной на голове. Плафон много раз реставрировался, но сейчас он выглядит достаточно ярко и свежо.
В Нижней поварне сохранились полы начала 18 века. Вытяжной короб кухни и стены облицованы изразцами, которые были расписаны кобальтовой краской. На кухонной плите представлена оловянная и медная посуда, гири, пряничная доска и др. В углу можно увидеть черную мраморную раковину для мытья посуды, что по сути являлось первым образцом водопроводной технологии в России. Сама вода подавалась во дворец при помощи водовзводного механизма, он же подавал воду в фонтаны Летнего сада. Для разделки мяса, рыбы и овощей использовался сохранившийся (подлинный) сосновый стол.
Верхний вестибюль. Крутую лестницу украшает сохранившаяся резная дубовая балюстрада.
Приемная Екатерины I, частично оформленная в китайском стиле предназначалась для посетителей императрицы. Во времена Екатерины I стены приемной были оформлены китайским шелком. В настоящее время сохранившиеся обои представлены в витринах. В комнате стол со столешницей с изображением орла и шкаф работы немецких мастеров из орехового дерева. Он как и многие вещи дворца был куплен в Германии. Дверь без стекла вела в комнату дежурной фрейлины, которая постоянно выполняла бытовые поручения императрицы.
Гостиная Екатерины I выглядит достаточно изящно, хотя ее нынешний вид воссоздан по образцам гостиных 1710-х .г.г. Светильники рядом с зеркалами, дающими дополнительное отражение, затянутые малиновым штофом стены, угловые печь и камин, дубовые стеновые панели, двери и рамы создают довольно комфортную обстановку. Потолок украшен плафоном кисти Гзеля «триумф Екатерины I». На живописной композиции императрица в одной руке держит скипетр а в другой руке фигуру богини мудрости -Минервы.
Верхняя проходная гардеробная имеет шкафы из сосны, которые были изготовлены русскими мастерами и прикреплены к стенам.
Детская комната сына Петра I и Екатерины I- Петра Петровича. К сожалению, ребенок прожил на свете всего 4 года. Живописный плафон на потолке «Мир и спокойствие» прославляет будущее царствование наследника. Цесаревич предстает на картине в образе Амура с луком, стрелами и лентой через плечо Ордена Андрея Первозванного, самой высокой награды в России. За основу была взята работа Луи Каравакка, с которой Николай Тютрюмов сделал копию с авторскими элементами. Мебель детской представлена ореховым бюро, сундуком, изящной голландской люлькой и ширмой из 4 створок.
Зеленый Кабинет— уникальнейший кабинет, сохранивший свою первоначальную отделку. Стеновые панели выполнены русскими художниками в 1710-х. Очень красивы зеркала. Плафон на потолке в аллегорической форме прославляет царствование Екатерины I, живописная картина примерно такого же содержания как и в Гостиной. Добавлены 4 настенных овальных медальона, символизирующих части света- Европу, Азию, Африку и Америку. В шкафах находятся экспонаты (предметы культуры Востока), купленные Петром I в Голландии в 1717 году.
Верхняя поварская с печью