Fue construido por edicto real de D. Juan IV en 1654 en lo que fuera la antigua casa de campo de los marqueses de Castelo Rodrigo, era uno de los bienes confiscados a los simpatizantes de Castilla durante la Restauración y la subida al trono del Duque de Braganza.

El proyecto inicial fue confiado a Mateus Vicente de Oliveira famoso arquitecto de la época, las obras comenzaron en 1747.

A los cinco años ya se había terminado la capilla del palacio, en su estilo predominante barroco-rococó, obra del maestro Silvestre Faria Lobo.

En una primera fase se amplio la vieja residencia del siglo XVII, --lo que ocupa actualmente la cocina de palacio--, Posteriormente, se amplio el proyecto coincidiendo el anuncio de matrimonio de D. Pedro con su sobrina, la futura reina de Portugal Doña María I, el matrimonio se celebro en 1760.

Se contrato al arquitecto francés Jean-Batiste Robillon con el encargo de ofrecer una decoración al palacio a los gusto de la época, en esos momentos predominaba el estilo de palacio afrancesado, imitando al Palacio de Versalles en París. Se ocupó de la contratación de los mejores artistas europeos para dotar al palacio de los espacios más bellos --Sala del Trono, Sala de la Música y la Sala de los Embajadores--, añadiendo al proyecto inicial el ala de poniente, para salvar el desnivel entre los jardines superiores y la “Quinta” se construye el Pabellón Robillon y la Escalera de los Leones. Los jardines a la francesa son decorados con estatuas, balaustradas, lagos y azulejos.

La fachada principal fue construida hacia los jardines interiores, su fachada exterior es mucho más sobria, aunque el palacio fue construido con un estilo versallesco, sus medidas son más humanas y moderadas evitando en todo lo posible los fastos y la magnitud del Palacio de Versalles, donde confesaron los reyes que casi no se podía vivir.

En principio fue dedicado casi exclusivamente como palacio de Verano, allí acudían la realeza y la corte para asistir a las fiestas de las grandes conmemoraciones, en San Pedro y los aniversarios de la familia real para disfrutar de serenatas, cabalgatas y grandes espectáculos de fuegos artificiales al modo de París. En 1794 y tras el incendio del Palacio de Ajuda, fueron trasladados a Queluz el Príncipe Regente D. Juan VI y doña Carlota Joaquina (hija de Carlos IV de España y casada con Juan VI, mediante una alianza duradera entre España y Portugal establecía el enlace de una infanta española con el príncipe portugués) . Se levanta un segundo piso sobre el ala Robillon y se dedican a los aposentos de doña Carlota Joaquina y sus nueve hijos, de esta parte de palacio no queda vestigios al sufrir un incendio en 1934, se salvo el piso noble de la fachada de Ceremonias.

Durante la invasión francesa de 1807 y la huida de la familia Real hacia Brasil, instalándose en Río de Janeiro, el palacio sufrió un enorme deterioro. A su regreso en 1821 la familia Real no volvía habitarlo, salvo en pequeños periodos de tiempo en régimen de semiexilio por la Reina Carlota Joaquina, siempre estuvo acompañada por su cuñada la Infanta María Francisca Benedita (ultima hija de José I de Portugal e Mariana Vitória de España, casada con el principe heredero al trono) también conocida como la “Princesa Viuda”, dado nombre a una de las alas de los aposentos. Posteriormente, también lo habitó Don Miguel durante las guerras fraticidas con don Pedro IV por el control de Brasil, muriendo en el Habitación Real do Quixote.

En 1908 paso a ser propiedad del Estado portugués, donde se han ido incorporando grandes exposiciones del mobiliario portugués, tapice de Arraiolos, retratos reales, porcelanas procedentes de Europa y China y joyería de sus colecciones.