Дворцовый ансамбль в Кадриорге состоит из главного здания и двух небольших павильонов, связанных с дворцом террасами. Дворец в Кадриорге является выдающимся образцом русской дворцовой архитектуры XVIII в. Он отлично связан с разбитым одновременно с ним парком. Удачно использован холмистый рельеф местности: дворец имеет со стороны фасада три этажа, с противоположной стороны — только два. Главный барочный фасад отличается изяществом форм. Он имеет слегка выступающий средний ризалит. Убранство фасада носит несколько плоскостной характер, свойственный петербургской архитектуре времен Петра I. Пилястры, проходящие через два этажа, в сочетании с изогнутыми декоративными фризами над окнами второго этажа и лепными раковинами между пилястрами образуют стройное, не перегружающее фасад целое. Эффектно выделяется овальное окно большого зала. Великолепно оформлен высокий парадный зал. Два больших камина украшены вазами с лепным декором из цветов и листьев.

Камины увенчаны бюстами Петра I и Екатерины. Над каминами — монументальные картуши с латинскими буквами Е и Р; по сторонам картушей — гении славы с трубами. Плафон украшен аллегорической живописью — сценой с Дианой и Актеоном. Богатое убранство зала родственно в некотором отношении североитальянскому барокко.

В других помещениях от убранства XVIII в. сохранилось мало. Разбитый здесь красивый регулярный парк с многочисленными стрижеными аллеями, боскетами, фонтанами, бассейнами и каналами был разделен дворцовыми постройками на верхний и нижний. В начале XIX в. главный фасад был искажен пристройкой балкона, а задний фасад в 1934 г. — пристройкой зала между двумя, флигелями.