Дворцовая церковь, расположенная в Кухонном каре, — одна из первых построек подобного рода в Гатчине. Уже во дворце графа Орлова храм во имя Живоначальной Троицы занимал башню каре у левого полуциркуля. Его стены украшала роспись на библейские сюжеты, многочисленные колонны отделаны искусственным мрамором, потолок и верхняя часть стен были декорированы великолепной лепниной; в нишах стояли статуи апостолов. Осенью 1799 года А. Захаров перестроил церковные помещения, и в частности, заменил иконостас новым, резного дерева с позолотой (работы П. Брылло), правда, туда вставили несколько старых икон. Были заново расписаны стены храма (Леонтий Мирро, Федор Щербаков). При Павле Петровиче церковь пополнилась новыми образами; некоторое время здесь хранились христианские святыни, переданные Мальтийским орденом русскому государю, — десница Иоанна Крестителя, часть древа Животворящего Креста Господня и чудотворная икона Богородицы. В храме прошли венчания великих княжон Елены Павловны (12 октября 1799 г.) и Александры Павловны (19 октября 1799 г.). Последняя реконструкция здания церкви относится уже к 1840-м годам, когда сама башня подверглась капитальному переустройству и была увеличена в объеме. Подновление иконостаса поручили тогда купцу Афанасьеву, а новую настенную роспись храма выполнили художники Пёниц и П.М. Шамшин. Новая церковь Гатчинского дворца была открыта и освящена 23 мая 1849 года, но посторонние в нее долгое время не допускались. В 1920-е годы храм закрыли, а имущество (включая иконостас) «растворилось» на просторах «новой» России. Святыни (переведенные ранее в городской собор Святого Павла) были вывезены из России в 1920 году с частями Белой армии под командованием генерал-майора А.П. Родзянко.
После реконструкции архитектором Кузьминым Арсенальное каре по изяществу и богатству отделки сравнялось с Главным корпусом. Более двухсот комнат и залов располагались по принципу анфилад, шедших по периметру трехэтажного квадратного здания. Здесь разместились апартаменты императора Николая I, а позднее и комнаты его внука и правнука — Александра II и Александра III, которые часто бывали в Гатчине (особенно последний).
В 1843 году во всех корпусах дворца было 98 парадных залов и 229 кавалерских комнат. Составляя проект реконструкции обоих каре, архитектор Кузьмин решил полностью перестроить их и заодно обновить интерьеры Центрального корпуса. 5 января 1845 года он приступил к работам на Кухонном каре (были закончены в 1849 г.), а в августе 1846 года на Арсенальном (завершены летом 1852 г.).
Первым делом обустроили подвальные помещения. Снаружи оба здания получили гранитные цоколи, а их стены покрыли парицкой плитой. Все декоративные элементы экстерьера были вырублены из ротковского камня. Фасады каре, выходящие внутрь дворов, облицевали кафельной плиткой под цвета камня, а декоративные детали изготовили из терракоты петербургские мастера под руководством академика Д. Иенсена. Сами каре немного увеличились (до уровня полуциркулей), при этом высота дворцовых башен увеличилась. Гармоничность ансамбля при этом не была нарушена.
В начале 1850-х годов по проекту Р. Кузьмина проводится реконструкция бастионов и рва перед дворцом. После строительства четырех каменных мостов и установки памятника императору Павлу I южная часть дворца — плац — приняла законченный, дошедший до нас вид.
Внутренняя отделка двух каре существенно отличалась. Богатые интерьеры Арсенального каре с готическими галереями, большими залами и анфиладами комнат словно противопоставлялись обычным «подсобным» помещениям Кухонного каре.
Парадный вход в Арсенальное каре со стороны внутренней площади начинался с каменного крыльца, поднявшись по которому посетитель попадал в Вестибюль площадью 40 квадратных метров — первый парадный зал этой части дворца. Конечно, это был не единственный вход в Арсенальное каре — попасть сюда можно было из комнаты Ротари через Светлый переход и Ротонду купольной башни каре. Еще один проход находился на первом этаже Центрального корпуса.
Вестибюль был хорошо украшен: стены из искусственного мрамора, пилястры, классические тяги простенок, скульптуры атлантов с двуглавыми орлами в верхней части, множественный карниз, лепнина с растительным орнаментом. Атланты были изображены по пояс и несли подпружные арки перекрытия. Широкая лестница из белого мрамора имела дополнительную площадку после первого марша на уровне прямоугольного светового фонаря, устроенного в своде перекрытия Вестибюля. Ажурное ограждение лестницы (как и световой фонарь) было выполнено из чугуна. С противоположной стороны от лестницы архитектор устроил пилоны в виде столбов, с украшением из мраморных пилястр композитного ордера. Удачное сочетание столбов-пилонов лестничного ограждения с аналогичными конструкциями самого Вестибюля создавали запоминающийся интерьер вводной части Арсенального каре.