В поденном журнале Петра I имеется такая запись: «26 мая 1710 года царское величество изволил рассматривать место сада и назначить дело плотины грота и фонтанов Петергофскому строению». И хотя сами Верхние палаты возводились в 1714–1721 годах под наблюдением архитекторов Ж.-Б. Леблона, И. Браунштейна и Н. Микетти, Петр I задолго до начала строительства видел в своем воображении и сад, и саму постройку, украшенную гротом, и фонтаны, вода для которых поступала из бассейна с плотиной. Петр торопил строителей, поэтому возведение Верхних палат велось «с поспешанием», и к 1716 году были закончены стены и кровля.
По воспоминаниям очевидцев, в 1721 году «главный корпус дворца состоит из двух этажей, из которых нижний только для прислуги, а верхний — для царской фамилии. Внизу большие прекрасные сени с красивыми колоннами, а вверху великолепная зала… Комнаты вообще малы, но недурные, увешаны хорошими картинами и установлены красивой мебелью».
Однако небольшие размеры дворца, его скромное оформление не соответствуют грандиозному замыслу Петра создать парадную летнюю резиденцию, которая бы «первейшим монархам приличествовала». В Петергоф на государственные ассамблеи и просто для увеселения приезжали и многочисленная царская свита, и иностранные гости.
Еще при жизни Петра I Большой дворец Петергофа перестраивался дважды. Автор первоначального проекта не установлен и до настоящего времени. Известно лишь, что художественный замысел постройки Петра I воплощали в жизнь архитекторы И. Браунштейн, Ж.-Б. Леблон и Н. Микетти. Последний еще в 1721–1723 годах присоединил к скромному двухэтажному корпусу дворца (его длина равнялась ширине Большого каскада) две галереи, заканчивавшиеся двухэтажными флигелями. Капитальная перестройка скромного двухэтажного петровского дворца началась в 1747 году архитектором Б.-Ф. Растрелли. Сохранив внешний облик центральной части здания, зодчий увеличил высоту помещения на один этаж, присовокупив к постройке два флигеля, соединенные галереей и завершенные двумя корпусами — Церковным и «Под гербом». С тех пор наружный вид дворца не претерпел существенных изменений до настоящего времени, хотя внутренние его помещения не раз перестраивались.