Деревянный сруб из горизонтально положенных бревен ограничил бы размеры задуманных графом зал, и поэтому решено было строить дворец из бревен, поставленных вертикально, затем, оштукатурив стены, придать им вид каменных. (Фундамент под дворец был подведен много позже завершения постройки.) Шереметев приказал оградить все строительство высоким забором, никого не пускать, чтобы его детище в один прекрасный день могло сразу поразить Москву. Когда один француз, спрятавшись в кустах, попробовал было зарисовать постройку, он был жестоко избит графскими слугами.
К осени 1792 года здание театра было вчерне готово. Театр вместе со сценой мог по мере надобности превращаться в танцевальный и банкетный зал, или, как тогда говорили, в воксал. После спектакля гостей можно было пригласить сюда для пиршества или для танцев.
Кроме колонн, обрамлявших зрительный зал, на сцене были поставлены ложные колонны из картона с деревянным каркасом, которые легко сдвигались в сторону; ложи авансцены и галерея-парадиз закрывались с помощью щитов, покрытых живописью; подвесные декорации и кулисы легко убирались, а середина потолка над сценой с помощью особого приспособления поднималась вверх. Техника сцены во многом превосходила крупнейшие театры Европы и могла сравниться только с королевским театром в Швеции.
Сохранилось описание приема польского короля, проходившего в этом зале через несколько лет после завершения строительства: «После окончания спектакля король со всем обществом вернулся в комнаты, где не успел пробыть и получаса, как их попросили сойти по той же самой, покрытой красным сукном, лестнице, которая их вела в театр. Вместо последнего, глазам, зрителей представилась теперь огромная бальная зала, образовавшаяся из амфитеатра и театра. Та часть залы, в которой шло представление, была обставлена с двух сторон ионийской колоннадой; последняя на время спектакля была передвинута к стенам. В течение указанного получаса, когда гости были наверху, эту колоннаду с помощью рабочих передвинули с двух сторон и разместили вдоль залы так, что между колоннами и стеной оставался проход. Колонны, внутри пустые, снаружи были выкрашены белой краской. Граф Шереметев заявил королю, что он занят проектом более быстрого перемещения упомянутых колонн».
Пока строился театр, Шереметев занимался подготовкой своей труппы. Он устраивает настоящее театральное училище из «15-ти и 16-лет девочек из сирот, которые чтоб были из себя получше и не гнусны видом и станом». Учение было серьезным и строгим, что видно из наставлений: «…если же леность и нерадение и неперенимание в учении окажутся, то таковых наказывать, ставя на колени, сажать на хлеб и воду и о малейших проступках меня уведомлять». В школе, чтобы «напрасно время не протекало» и лишь «в хорошие дни», то есть «теплые, но не в учебные, позволяется посылать девушек прогуливаться по просторным улицам под присмотром их женщины».
Шереметев, тем не менее, знал меру и приказывал: «…танцевать учиться только три раза в неделю, а не более потому что без нужды мучиться не нужно». В остальное время девушки занимались изучением французского, итальянского языков, пением, игре на музыкальных инструментах и т. д. Шереметев приглашал лучшие театральные силы для обучения своих актеров и абонировал для них ложу в Большом театре. Его актеры учились у Дмитриевского, Сандунова. К ним нанимались учителя итальянцы по специальным предметам. Одного из них Шереметев даже переманил из императорского театра.
В 1792 году Шереметев пригласил архитектора Кампорези «обстроить» дворцом уже возведенный театр и приделать к нему фасады. Однако практически лишь садовый фасад дворца сохранил следы проекта Кампорези. Существенные улучшения в проект были внесены крепостным Шереметева Павлом Аргуновым, представителем знаменитой художественной семьи. Федор Аргунов был строителем дворца в Кускове, брат его Иван - одним из первых русских портретистов, дети Ивана - Николай и Яков - художники, а третий сын - Павел - архитектор, ученик Баженова. Павел Аргунов становится распорядителем работ, и его следует считать фактическим автором Останкинского дворца.
По обычаям того времени здание представляет собой в плане огромную букву «ГЪ, обращенную в сторону Москвы. Боковые павильоны и галереи образуют почетный двор. Здесь на зеленом, тщательно подстриженном ковре, разворачивались запряженные цугом тяжелые золоченые кареты знатных любителей театра. Главный фасад выходил в сторону двора тремя портиками, которые покоятся на низком рустованном цоколе, лишенном каких-либо украшений. Этим подчеркивалось подсобное назначение цокольного этажа и главенствующее положение второго, в котором была расположена анфилада парадных комнат.