За несколько лет перед смертью император Николай I приказал возвести парадную резиденцию своему третьему сыну — Николаю.Выбор пал на это место во многом из-за того, что рядом недавно был построен постоянный Благовещенский мост через Неву.
Изначально предполагалось устроить конкурс на чертежи резиденции, которые даже успел предоставить Н. Л. Бенуа, но затем Кабинет Его Императорского Величества выбрал для работ проект Штакеншнейдера. Строительство по проекту Штакеншнейдера вели архитекторы А. П. Брюллов, К. А. Тон и Р. А. Желязевич.
Постройка Николаевского дворца была начата 21 мая 1853 года.
В проекте Николаевского дворца предусматривались не только жилые помещения для Николая Николаевича, но и манеж, конюшни, флигель для прислуги. Николаевский дворец расположился на территории в два гектара. Строительство было приостанавлено во время Крымской войны, а затем возобновлено в 1856 году. Церемония открытия и освящения Николаевского дворца состоялась 1 декабря 1861 года.
После смерти владельца в 1894 году дворец приобретён казной в целях размещения женского института Ксении Александровны.
После революции Николаевский дворец перешёл в распоряжение профсоюзов и был переименован во «Дворец Труда». Сейчас помещения, в том числе сохранившие первоначальную отделку, сдаются в аренду коммерческим структурам.