Cladirea initiala era destul de diferita de ceea ce se vede acum, insa stilul ei arhitectural, compus din diverse surse de inspiratie arhitectonica, se incadreaza in asa numitul stil brancovenesc (un fel de baroc romanesc): o combinatie de elemente venetiene si otomane, renastere italiana amestecata cu bizantin.

Plasat la marginea lacului Mogosoaia, fatada dinspre lac da intr-o loggia terasata tip venetian, cu arcade, coloane si un mic labirint de gard viu.

Una din caracteristici este pridvorul larg, deschis, cu arcade. Decoratiunile aplicate sau sculptate in piatra reprezinta motive florale, de inspiratie orientala.

Palatul a fost construit pâna în 1702 de catre Constantin Brâncoveanu în stil arhitectural românesc renascentist sau stil brâncovenesc, o combinatie de elemente venetiene cu elemente otomane, stil utilizat anterior si la un alt palat al domnitorului, construit anterior de acesta la Potlogi.

Dupa 1714, când Constantin Brâncoveanu a fost executat la Constantinopol împreuna cu întreaga sa familie, întreaga avere a familiei a fost confiscata de otomani iar palatul a fost transformat în han. Rascumparat de domnitorul Stefan Cantacuzino, el a revenit apoi marelui ban Constantin Brâncoveanu, nepotul domnitorului si a ramas în posesia familiei pâna la începutul secolului al XIX-lea.

Dupa moartea lui Grigore în 1832, palatul a ramas mostenire fiicei sale adoptive, Zoe Mavrocordat si, prin casatoria acesteia cu domnitorul Gheorghe Bibescu, a trecut în familia acestuia si a fost renovat între 1860–1880 de Nicolae Bibescu, care a construit si cavoul familiei în parcul palatului, si vila Elchingen din apropiere.

În timpul celui de Al Doilea Razboi Mondial, palatul a fost loc de întâlnire al diplomatilor aliati, fiind, pentru câteva luni, închiriat legatiei elvetiene din România. Dupa 6 martie 1945, mosia a fost nationalizata fortat de guvernul comunist, Martha Bibescu obtinând de la autoritati declararea ca monument istoric a palatului, pe care înca îl mai detinea.

Printesa a plecat însa definitiv din tara în septembrie 1945, lasând palatul fiicei sale Valentina si sotului ei, Dimitrie Ghika-Comanesti.

În 1949, palatul a fost si el nationalizat, Valentina si Dimitrie Ghika-Comanesti fiind arestati. Pâna în 1957, cladirea a fost devastata si devalizata, colectiile de arta fiind furate si dezmembrate. Abia în 1957 palatul a devenit sediul sectiei feudale a Muzeului National de Arta, fiind restaurat începând cu 1977.

În prezent, Palatul Mogosoaia adaposteste Muzeul de Arta Brâncoveneasca si este un important punct de atractie turistica.