Четкие линии фасада делят здание дворца на отдельные части: центральную, состоящую из трех этажей, застекленные галереи и два флигеля. Западный флигель венчает герб Российской империи, восточный – церковный. Завершает центральный корпус дворца серебристо-серая крыша со сложной конфигурацией, которая оптически значительно увеличивает высоту здания и усиливает впечатление парадности. Особенно эффектно выглядит силуэт крыши, если смотреть на нее снизу, со стороны моря. Венчает крышу большая золоченая ваза, которую поддерживают фигуры гениев.
Кажущиеся почти невесомыми боковые галереи с большими окнами и открытыми террасами подчеркивают летний характер строения. Главы куполов с большими гирляндами ослепительно сияют золотом и словно перекликаются с украшением Большого каскада и золотыми куполами мраморных колоннад у канала. Благодаря такому архитектурному решению вся композиция приобретает изысканную пышность и гармоничность.
На фоне стен белые пилястры кажутся ослепительными. Фасад здания украшен фигурными наличниками, треугольным и полуциркульным фронтонами. На центральном фронтоне красуется щит с рельефной монограммой Петра I. Окна второго этажа декорированы разнообразными картушами – лепными украшениями в виде щита в завитках.
В центре фасада главного корпуса находится балкон с ажурной металлической решеткой, в узор которой затейливо вплетены царские вензеля.
Архитектурный облик Большого дворца сложился не сразу. Кто создал первоначальный проект резиденции – неизвестно. Можно утверждать, что обширный план постройки здания с гротом под ним и каскадом определился под влиянием Петра, однако осуществлять гениальный замысел царя пришлось нескольким архитекторам, в том числе выдающемуся русскому зодчему М.Г. Земцову, а также исполнителям художественной отделки.
24 января 1715 г. вышел царский указ следующего содержания: «В Петергофе палатки сделать, также канал до моря выкопать». И все же подготовительные работы начались задолго до этого. Документы свидетельствуют, что в 1712 г. на строительстве дворца уже трудились 830 рабочих и 200 подвод. В то время дворец носил название Верхних палат по отношению к Монплезиру, который начал возводиться в то же время на морском берегу.
В середине XVIII столетия русская архитектура получила свое дальнейшее развитие в пышных декоративных формах и торжественных дворцовых ансамблях, которые в этот период стали основными объектами строительства. Многие из таких ансамблей вошли в историю мирового значения. Фасады зданий, вытянутых в длину порой на сотни метров и состоящих из нескольких частей, пышно оформлялись выступающими, словно изломанными, карнизами и портиками, пилястрами и колоннами, кариатидами и скульптурой, причудливыми волютами и оконными наличниками. Для дворцов середины XVIII в. характерны резкие контрасты, неожиданные эффекты, игра светотеней, которая усиливается благодаря окраске стен.
Внутри устраивались анфилады залов, полные блеска. Их роскошь приобрела невиданные доселе размеры – всюду блистала золоченая резьба, находились зеркала и живопись. При помощи создания зеркальных перспектив и живописных плафонов архитекторы стремились расширить дворцовые залы, как бы выйти за их пределы, и обилием окон, открытых галерей и сквозных вестибюлей, украшенных зеленью, связать интерьеры дворца с окружающим его регулярным садом.
В дворцах сосредотачивались лучшие произведения прикладного искусства, которые либо изготавливались на месте строительства по чертежам крупнейших архитекторов, либо привозились издалека, например с Урала, из Тулы и прочих мест, где искусные русские умельцы создавали высокохудожественные произведения из камня, кости, дерева или металла.
В 1716 г. строительными работами по возведению и отделке Большого дворца руководил Браунштейн, которого сменил генерал-архитектор Леблон, взяв под свое начало все наиболее важные постройки.
Архитектор осмотрел петергофские строения и остался недоволен. Поскольку в то время царь находился за границей, Леблон составил докладную записку генерал-губернатору Петербурга А.Д. Меншикову, где сообщал о необходимости значительных изменений. Тем не менее Петр очень спешил со строительством своей загородной резиденции, а потому пожелания Леблона были приняты только частично. Основные работы проводились по укреплению акведука, отводящего от дворца грунтовые воды.
К концу 1717 г. приступили к отделке интерьеров с участием знаменитых художников-иностранцев: Н. Пино и Ф. Пильмана. Привлекались к работам и русские мастера – Степан Бушуев (? – 1730), М. Негрубов и другие. Палаты были завершены в 1721 г.
В Петровскую эпоху Верхние палаты представляли собой двухэтажное здание, длина которого по фасаду равнялась ширине каскада с гротом. В целом строение отличалось скромностью облика, и только ризалит обладал более парадной отделкой – треугольным фронтоном, пилястрами и большими арочными проемами окон и дверей.