El palau, situat a l'entrada de Barcelona, al costat de la Diagonal, és format per un cos central de quatre plantes, amb capella a la part posterior, i dues ales laterals, de tres plantes d'alçada, que s'obren en corba a la façana principal. L'exterior reflecteix l'estètica historicista, amb un regust entre el neoclassicisme i el noucentisme, imperant en el moment de la seva construcció: porxos de columnes toscanes, obertures d'arc de mig punt amb medallons intercalats (a les façanes laterals), gerros de coronament. L'interior, en canvi, és una barreja volguda d'estils diferents, tant en la decoració de murs i sostres com en el mobiliari, que van des del Lluís XIV al més contemporani, passant pel moble anglès i holandès. Una de les estances és decorada amb pintures de Francesc Pla, "el Vigatà", procedents del palau del marquès de Montsolís.
El Palau de Pedralbes fou construït entre 1920 i 1924 com a residència reial, en uns terrenys donats per la família Güell a les Corts de Sarrià. L'antiga torre dels Güell fou completament modificada pels arquitectes Eusebi Bona, autor del projecte, i Francesc de P. Nebot, que dirigí les obres des de mitjan 1923. El palau no fou completament acabat fins el 1929.
En la seva decoració treballaren Salvador Alarma, l'escenògraf i decorador Santiago Marco, Rafael Parcerisas, Francesc Labarta i el mateix arquitecte Sagnier.
El jardí fou projectat per Nicolau M. Rubió i Tudurí entre 1925 i 1927 a partir de la vegetació preexistent.
Proclamada la República, el palau passà a ser propietat de l'Ajuntament de Barcelona, que hi instal·là el Museu d'Arts Decoratives (1932). Des del 1939 fou residència del general Franco a Barcelona, i el 1960 fou obert al públic. El pavelló de les cavallerisses estatja des del 1970 el Museu de Carruatges.
