El palacio, situado en la entrada de Barcelona, junto a la Diagonal, está formado por un cuerpo central de cuatro plantas, con capilla en la parte posterior, y dos alas laterales, de tres plantas de altura, que se abren en curva en la fachada principal. El exterior refleja la estética historicista, con un regusto entre el neoclasicismo y el noucentisme, imperando en el momento de su construcción: porches de columnas toscanas, aberturas de arco de medio punto con medallones intercalados (en las fachadas laterales), jarrones de coronamiento. El interior, en cambio, es una mezcla querida de estilos distintos, tanto en la decoración de muros y techos como en el mobiliario, que van desde Luis XIV al más contemporáneo, pasando por el mueble inglés y holandés. Una de las estancias está decorada con pinturas de Francesc Pla, "el Vigatà", procedentes del palacio del marqués de Montsolís.
El Palacio de Pedralbes fue construido entre 1920 y 1924 como residencia real, en unos terrenos dados por la familia Güell en Les Corts de Sarrià. La antigua torre de los Güell fue completamente modificada por los arquitectos Eusebi Bona, autor del proyecto, y Francesc de P. Nebot, que dirigió las obras desde mediados de 1923. El palacio no fue completamente terminado hasta 1929.
En su decoración trabajaron Salvador Alarma, el escenógrafo y decorador Santiago Marco, Rafael Parcerisas, Francisco Labarta y el propio arquitecto Sagnier.
El jardín fue proyectado por Nicolau M. Rubió i Tudurí entre 1925 y 1927 a partir de la vegetación preexistente.
Proclamada la República, el palacio pasó a ser propiedad del Ayuntamiento de Barcelona, que instaló el Museo de Artes Decorativas (1932). Desde 1939 fue residencia del general Franco en Barcelona, y en 1960 fue abierto al público. El pabellón de las caballerizas acoge desde 1970 el Museo de Carruajes.
