Le palais a été construit en 1789-1791 par Carl von Gontard comme résidence d'été pour le roi Frédéric-Guillaume II sur les rives du lac sacré. Avec le palais, l'architecture néoclassique a fait son entrée en Prusse. Le bâtiment cubique en briques a été recouvert d'éléments architecturaux en marbre de Silésie, qui ont donné son nom à la maison.

Carl Gotthard Langhans a conçu l'aménagement intérieur, dont le cabinet de repos du roi, entièrement lambrissé, l'insolite cabinet oriental et la salle de concert inspirée d'un temple antique. Les pièces d'ameublement ont été acquises par le roi et sa maîtresse de longue date, la comtesse Lichtenau.

Il s'agit notamment de sculptures antiques, de meubles précieux, de tableaux, entre autres d'Angelika Kauffmann, et de cheminées en marbre de Rome spécialement fabriquées pour la maison. De plus, le Marmorpalais possède la deuxième plus grande collection de céramiques Wegdwood d'Allemagne.

En 1797, l'agrandissement du palais a commencé par l'ajout d'ailes latérales, qui n'ont été achevées qu'au milieu des années 1840 sous Frédéric Guillaume IV, selon les plans de Michael Philipp Boumann et Ludwig Ferdinand Hesse. Les ailes latérales sont soutenues à l'extérieur par des colonnes de marbre et sont décorées de la légende des Nibelungen.