Ο Λουδοβίκος Α΄ της Βαυαρίας στο ταξίδι του στην Ελλάδα το 1835 έφερε μαζί του και τον αρχιτέκτονα Friedrich von Gärtner. Στο μεταξύ, ο Όθων είχε ήδη εγκρίνει τη μελέτη του Leo von Klenze για την ανέγερση ανακτόρων σε κλιμακωτά επίπεδα στις δυτικές κλιτύες του λόφου των Μουσών. Οι διαφωνούντες με την πρόταση Klenze αντέτειναν το υψηλό κόστος και το ανθυγεινό κλίμα της περιοχής. Τη λύση έδωσε ο Λουδοβίκος που, ακολουθώντας τις συστάσεις των αυλικών ιατρών, επέλεξε τη θέση του αρχαίου Λυκείου. Η ανέγερση των ανακτόρων, επίτευγμα σχεδόν απίστευτο για την Ελλάδα του τότε, κράτησε περίπου 7 χρόνια (1836-1843). Γερμανοί συνεργάστηκαν με Έλληνες και Ιταλούς, τα αρχαία λατομεία της Πεντέλης ξαναλειτούργησαν. Ο Gärtner μετέφερε αυτούσιες τις συνθετικές αρχές που εφάρμοζε στη Γερμανία. Αντίθετα, ο Schinkel και ο Klenze, άπαξ και βρέθηκαν στον ελληνικό χώρο, αποχωρίστηκαν τις ακαδημαϊκές αντιλήψεις σχετικά με τους κλειστούς και συμμετρικούς κτηριακούς όγκους και υπερασπίστηκαν την ελεύθερη ασυμμετρία, τη γραφικότητα της διάταξης. Ωστόσο, η μορφολόγηση του παλατιού του Gärtner πρέπει να αναλυθεί υπό το πρίσμα της βασικής του αρχής, δηλαδή του κλειστού, λιτού κυβικού κτίσματος. Ως ιδεώδες πρότυπο χρησίμευσε η αυστηρή κατασκευή του δωρικού ναού ενώ, με μέθοδο σύνθεσης την «κάθαρση» ενός ιστορικού προτύπου, ο Gärtner κατάφερε να εφαρμόσει τον «απέριττο ρυθμό». Η ανάλυση της αρχιτεκτονικής των ανακτόρων αποκαλύπτει πώς δημιουργήθηκε η εντύπωση ηρεμίας και λιτού μεγαλείου. Οι αναφορές στα κλασικά πρότυπα είναι περιορισμένες. Νεοτερισμό του κλασικισμού στον ελληνικό χώρο συνιστούν οι επιχρισμένοι τοίχοι με χαραγμένους αρμούς που μιμούνται ισόδομες τοιχοποιΐες. Μνημειακότητα και χάρη απέπνεε και η εσωτερική διακόσμηση των ανακτόρων, εξ αιτίας της οποίας ο Gärtner επέστρεψε στην Ελλάδα για λίγους μήνες το 1840. Η ομάδα των 22 αρχιτεκτόνων, ζωγράφων και διακοσμητών με τους βοηθούς τους που τον συνόδευε, παρέμεινε για να ολοκληρώσει το έργο.
Ο Gärtner δεν ασχολήθηκε με την ένταξη του παλατιού στην πόλη ή το τοπίο. Η ζώνη πρασίνου που δημιουργήθηκε αργότερα οφείλεται στην πρωτοβουλία της βασίλισσας Αμαλίας. Την ένταξη των ανακτόρων στον ιστό της πόλης ανέλαβε ο υπολοχαγός Hoch. Η ιστορία των ανακτόρων υπήρξε πολυτάραχη. Κατοικία των βασιλέων Όθωνα και Γεωργίου έως το 1909, υπέστη μεγάλες ζημιές σε δυο πυρκαγιές, το 1884 και το 1909. Έμεινε απανθρακωμένο ερείπιο και στέγασε πρόσφυγες από τη Μ. Ασία, πριν αποφασιστεί η ριζική του μετατροπή σε έδρα της Βουλής. Τα σχέδια έγιναν από τον Αντ. Κριεζή και εκτελέστηκαν στα έτη 1929-1934. Την ίδια εποχή ισοπεδώθηκε το ελαφρά επικλινές έδαφος του παλατιού προκειμένου να στηθεί το Μνημείο του Αγνώστου Στρατιώτη. Το κτήριο του Gärtner στερήθηκε έτσι ένα βασικό του χαρακτηριστικό, την εξέχουσα θέση του πάνω σε ύψωμα.