La arquitectura de este Palacio, es majestuosa, severa e imponente y por ello es una de las estructuras más importantes de Europa occidental y emblema del poderío de los reyes de España.

Fue encargado por el rey Felipe V de Borbón, sobre el mismo lugar que había ocupado el Alcázar, destruido en un incendio, en 1734. El origen del Alcázar, parece remontarse a los tiempos de Pedro I de Castilla, y había tenido ampliaciones en las que habían intervenido arquitectos como: Juan de Herrera o Gómez de Mora.

El rey proyectó levantar un nuevo Palacio que aventajase a los mayores de Europa, eligiendo como arquitecto al abate Felipe Juvara, mesinés, arquitecto de la Corte de Turín, quien concibió un grandioso proyecto que no se llevó a cabo, porque no se adaptaba al antiguo emplazamiento del destruido Alcázar. Muerto Juvara en 1736, se nombró sucesor a su discípulo Juan Bautista Sachetti, quien modificó los planos de Juvara, reduciendo la extensión, para adaptar el diseño al espacio disponible. Amplió a seis, los tres pisos del proyecto primitivo, intercalando los entrepisos, tan utilizados en los palacios italianos.

El 7 de abril de 1738, comenzó la construcción. Sachetti ideó un palacio de planta rectangular, casi cuadrada, con cuatro grandes salientes en los ángulos, que asemejan a fuertes torres. El palacio sigue el esquema de palacio hispano, con planta cuadrada en torno a un patio interior, remarcando las esquinas con torreones también cuadrados (aunque en este caso no sobresalen en altura). De esta forma se generan cuatro fachadas:  la de armería, la de plaza de Oriente, la que dan a los jardines del Campo del Moro y Jardines Sabatini. En torno al patio central, se encuentran las estancias reales.

Este esquema ya indica cierta racionalidad, sin embargo, el resultado final, conserva algo de fortaleza debido al número de plantas. Los materiales empleados fueron: la piedra de color gris y blanco en la fachada, ladrillo en el exterior; y en el interior: piedra, ladrillo, mármol, estuco, y madera de caoba.

En el exterior el sistema constructivo es adintelado, y en el interior abovedado, en él se pone una gran atención a la decoración, tanto por la riqueza de los materiales, como los mármoles o la madera de caoba en las ventanas, como por las pinturas en la que intervinieron pintores de renombre.

El alzado del Palacio, se compone de un basamento almohadillado, que forma como un gran zócalo, donde se abren las ventanas del piso bajo; sobre él, un entrepiso de cortas ventanas; el cuerpo superior corresponde a la planta noble, y se adorna con columnas jónicas en los ángulos, y pilastras dóricas 

en los paños intermedios, entre las que se abren los grandes balcones de las salas principales, los cuales van adornados con guardapolvos triangulares, y formas semicirculares, alternando. El edificio termina con una cornisa muy saliente, con un ático también con ventanas al exterior, rematado con una balaustrada de piedra blanca. Para colocar sobre ella, se esculpieron una serie de estatuas de Reyes de España, desde Ataúlfo hasta Fernando VI, en mayor tamaño del natural, que habían de formar el coronamiento del Palacio, pero por temor a su gran peso, fueron desechadas, y hubieron de emplearse en el ornato de los alrededores del Palacio, y otros lugares de España.

Toda la obra es de piedra, y en las fachadas se combinan el granito de Guadarrama, en los basamentos y muros lisos, la piedra blanca de Colmenar; para columnas, pilastras, cornisas, antepechos, balaustradas, etc. resultando un bello contraste entre los grises del granito, y los blancos de la caliza.

En el interior, el gran patio central tiene 39 metros de lado, y nueve arcos en cada frente; el conjunto forma pórticos abovedados sobre los cuales se levanta la gran galería de la planta principal, cerrada con cristaleras.

La fachada principal del mediodía, presenta cinco puertas, y ante ella se extiende una gran explanada, que luego constituyó la Plaza de la Almería. En el centro de la fachada, arrancando del ático, una especie de frontón rectangular se adorna con un gran reloj, y a sus lados, dos relieves, representando el Sol recorriendo el Zodíaco.

Por temor a nuevos incendios, toda la obra de construcción, es enteramente de piedra; por ello, todas las habitaciones están techadas con bóvedas, lo que exige enorme espesor en los muros que llegan a los cuatro metros en la planta baja, para servir de contrarrestos de estas bóvedas; las de la escalera principal, Sala de Alabarderos y Salón de Columnas, van sostenidas por un sistema de arbotantes, que se hallan sobre las terrazas del patio central.

La terminación de las obras interiores del Palacio, duró aun algunos años, pero el decidido empeño de Carlos III, hizo que pudiera ser habitado desde el 1 de diciembre de 1764, la construcción del nuevo palacio, llevó veintiséis años, aunque las obras complementarias fueron realizándose en reinados sucesivos.

Los Jardines del Campo del Moro y Sabatini

En cuanto a los jardines que rodean el Palacio Real, fueron siempre preocupación de los monarcas para completar el embellecimiento de los alrededores y realzar la suntuosidad del edificio. Los arquitectos Sachetti, Ventura Rodríguez y Francisco Sabatini; plantearon diversos proyectos con características varias, pero dificultades de orden económico, sobre todo por las importantes obras hidráulicas, que eran precisas, impidieron su planeamiento y resolución en los del Campo del Moro, hasta la época de Isabel II, en que se trazaron los paseos, se hicieron las plantaciones de árboles y flores, y se instaló el sistema de riegos; entre los ornatos sobresalen dos hermosas fuentes, la de los Tritones, procedente de Aranjuez (1845) y la de las Conchas. En 1890, adquirió el aspecto actual: recientemente han tenido lugar nuevos trazados y mejoras.

Los jardines llamados de Sabatini, ante la fachada norte, ocupan el solar de lo que fueron las Reales Caballerizas, construidas por este arquitecto (y de aquí el nombre de los jardines) planeados hace pocos años, y que embellecen de modo notable la perspectiva del Palacio.