Спроектирована и построена архитектором С.И.Чевакинским. Распоряжение о постройке оранжереи было издано 22 июня 1751 года, а в 1753 году здание было практически готово.
этажа стены обработаны рустами. Гладкие стены второго этажа прорезаны редко расставленными полуциркульными окнами. Третий этаж, не обозначенный В.П.Стасовым в проекте, построен в 1853 году и оборудован под квартиры для служащих. Прорезав стены небольшими квадратными окнами, взамен метопов между триглифами, архитектор не испортил общего впечатления от постройки. Кроме того, С.Л.Шустов увеличил здание по длине, изменив первоначальный замысел. Стены здания опоясаны широким дорическим фризом и заканчиваются карнизом того же ордера. Первоначально стены были окрашены в серый цвет, антаблемент и лепные детали - в белый. Наиболее любопытной чертой архитектуры конюшен являются порталы ворот трапециевидных очертаний: легкий наклон боковых граней вовнутрь создает иллюзию монументальности небольшой по величине постройки. Прием создания оптической иллюзии с помощью небольшого изменения геометрии был позаимствован в архитектуре античной Греции.
Сильно поврежденное в годы Великой Отечественной войны здание ныне полностью восстановлено. Долгое время здесь размещался танцевальный зал, сейчас - постоянная выставка конных экипажей XVIII-XIX веков.
Оранжерея состояла из центрального зала и двух павильонов, связанных в одно целое остекленными корпусами. В конце 1750 - начале 1760 годов был построен третий павильон, ближе к дворцу, что нарушило симметрию общей композиции. В 1820 году архитектор В. П. Стасов разработал проект перестройки оранжереи. Он сохранил прежнюю композиционную систему павильонов и соединительных корпусов, но два средних павильона из четырех превратил в оранжерейные залы. Они не делятся на этажи, а их огромные стеклянные арки заключают по четыре полуколонны, орнаментальный фриз и широкий архивольт, обегающий по дуге окно.
Сандрики, украшенные серповидными щитами с масками, и архивольты, заполненные розетками, значительно обогащают фасад. Крайние павильоны, используемые для жилья служащих, также получили одинаковые размеры и стали настоящим украшением сооружения. Фасады этих зданий оформлены во втором "этаже лоджиями. Декоративный антаблемент лоджий увенчан карнизом.
Все павильоны, за исключением одного - оранжерейного зала, были увеличены за счет пристроек. Общая длина комплекса сооружений составляет почти 200 метров. Перестроенная оранжерея утратила барочную декорацию фасадов и приобрела облик, типичный доя построек русского классицизма. Зодчий закончил реконструкцию в 1824 году.
В 1933-1934 годах ленинградский архитектор В. И. Яковлев частично перестроил здание оранжереи, и оно было приспособлено для целей учебного заведения. Было возведено угловое дугообразное крыло здания, предусмотренное еще проектом В.П.Стасова, но не построенное им. После военных разрушений оранжерея была восстановлена в 1949-1952 годах архитектором Л. Н. Ротиновым.