Большой Гатчинский дворец был построен по проекту Антонио Ринальди в 1766-1781 годах. Здание предназначалось для графа Григория Орлова — фаворита императрицы Екатерины II. Любимец царицы жил здесь недолго, и в 1783 году Екатерина II подарила Гатчину своему внуку — великому князю Павлу Петровичу.
Работы по переделке интерьеров дворца стали проводиться с начала 1790-х годов, осенью 1796 года началось расширение здания по проекту архитектора Винченцо Бренна. Переделка закончилась в 1800 году под руководством нового главного архитектора Гатчины Андреяна Захарова. Следующую крупную перестройку дворец пережил в 1840-е годы, когда им владел император Николай I. В 1850-х годах здесь создали массивную бастионную стену, и на этом масштабные переделки дворца завершились, впоследствии проводился только текущий ремонт.
Памятник Павлу I на плацу открыли 1 августа 1851 года. В 1880-х годах во дворец провели телефон и электричество, заменили канализацию и водопровод. Вместо печного отопления было установлено калориферное.
С 27 мая 1917 года в пригородных дворцовых резиденциях Петрограда начали свою работу комиссии по приёмке и описи имущества дворцов. Тогда было решено сделать дворцы национальными музеями, первым директором гатчинского стал Валентин Зубов. 10 мая 1918 года музей открыли для посетителей. До начала Великой Отечественной войны Большой Гатчинский дворец нередко называли «пригородным Эрмитажем» — он был самым крупным из пригородных музеев.
15 августа 1941 года возле стен Гатчинского дворца разорвалась первая фашистская авиабомба. Полностью вывезти ценности, находящиеся во дворце, не удалось. Оставшееся имущество спрятали в подвалах, крупные скульптуры закапывали в парке и закрывали мешками с песком. Последние сотрудники Гатчинского музея эвакуировались 9 сентября 1941 года, и до января 1944 года в Гатчине находились оккупанты. Отступая, фашисты заминировали и сожгли дворец, часть ценностей уничтожили, остальное увезли в Германию.
После окончания ВОВ дворец-музей в Гатчине не планировали восстанавливать, считая это нерентабельным. Спасённое имущество передали на хранение в 24 музея СССР, и часть из них до сих пор не вернулась во дворец. Реставрационные работы начались только в 1976 году и до сих пор не завершены из-за недостаточного финансирования. Сейчас музей открыт каждый день с 10 до 18 часов (кассы — до 17 часов) каждый день, кроме понедельника. Первый вторник месяца является санитарным днём. Из Санкт-Петербурга в Гатчину можно добраться либо электричкой с Балтийского вокзала, либо автобусом №431, либо маршрутками №№18 и 18А от станции метро «Московская».
