محوطه کاخ شامل کاخ اختصاصي نياوران، کاخ صاحبقرانيه، کوشک احمدشاهي و گلخانه ها و مدرسه اختصاصي پهلوي مي باشد . بناهاي اين مجموعه متعلق به دوره هاي قاجار و پهلوي مي باشد . ابتدا شاهان قاجار اين مکان خوش آب و هوا را جهت اقامت ييلاقي خويش برگزيدند. فتحعلي شاه قاجار براي تفريحات تابستاني خود دستور مي دهد تا در منطقه اي خوش آب و هوا خارج از شهر تهران که وسعتي بسيار کمتر از امروز داشت باغي مصفا بسازند. درکنار روستايي که «گُرده وي» يا «گُرده به» خوانده مي شد و در نياوران امروز قرار داشت به جاي نيزاري که در همسايگي روستا واقع بود باغ را ساختند. باغ ييلاقي فتحعليشاه که در جاي نيزار ايجاد شد را «ني آوران» ناميدند که بعدا به نام «نياوران» مشهور شد. محمد شاه نيز در همين باغ بناي کوچک و ساده اي بنا کرد و به دنبال او ناصرالدين شاه« کاخ صاحبقرانيه» را در اين باغ ساخت. آخرين بنايي که در دوران قاجار در اين باغ ساخته شد مشهور به کوشک احمدشاهي است .
در زمان حکومت پهلوي دوم، برخي از بناهاي کوچک اين باغ تخريب شد و کاخ اختصاصي نياوران با سبکي مدرن جهت سکونت وي و خانواده اش ساخته شد . موزه های شامل : کاخ اختصاصي در گوشة شمال شرقي باغ نياوران، بناي کاخ اختصاصي نياوران با مساحتي در حدود 9000 مترمربع در دو طبقه و يک نيم طبقه احداث شده است .
عمليات احداث اين بنا در سال 1337 ﻫ . ش، با طرحي ايراني آغاز گرديد و با وقفه اي که در ساخت آن پيش آمد در سال 1346 به اتمام رسيد و در سال 1347 مورد بهره برداري قرار گرفت .
ساختمان اين بنا ابتدا به عنوان محلي براي پذيرايي ميهمانان خارجي در نظر گرفته شده بود اما در هنگام ساخت به محل سکونت محمدرضا پهلوي و خانواده اش اختصاص يافت. کف بنا از جنس سنگ سياه و سقف آن از جنس آلومينيوم است که از وسط باز مي شود. دکوراسيون و مبلمان داخلي کاخ توسط يک گروه فرانسوي طراحي و اجرا شده است .
طبقه همکف اين بنا شامل سرسراي بزرگي است که کليه اتاق ها در اطراف آن شکل گرفته اند که از آن جمله مي توان به سينماي اختصاصي، اتاق غذاخوري، سالن پذيرايي، اتاق انتظار و راهروهاي فرعي و همچنين تالار آبي اشاره کرد .
در نيم طبقة اين بنا اتاق کار، اتاق کنفرانس و دفتر منشي فرح ديبا ، اتاق خواب ليلا و اتاق نديمه او قرار دارد .
اتاقي نيز در مسير راه پله ها قرار دارد که لباس هاي رسمي و نظامي و مدالها و نشان هاي محمدرضا پهلوي در آن نگهداري مي شوند .
در طبقه سوم اتاق خواب واستراحتگاه نيمروزي پهلوي دوم و همچنين اتاق هاي فرزندان وی و نديمه هايشان قرار دارد .
کوشک احمدشاهي اين عمارت، اواخر دوره قاجار جهت خوابگاه ييلاقي احمدشاه در ميان باغ نياوران با مساحتي بالغ بر 800 متر در دو طبقه با سقف شيرواني بنا گرديد. عمارت احمدشاهي در دوره پهلوي دوم مرمت و الحاقات جديدي در آن صورت گرفت و مبلمان داخلي آن به طور کامل عوض شد تا به عنوان محل کار و سکونت رضا پهلوي مورد استفاده قرار گيرد .
طبقه همکف اين عمارت شامل يک هال با حوضي از جنس مرمر در وسط مي باشد و 6 اتاق و 2 راهرو در اطراف آن قرار دارند. اشياء تزئيني از جنس نقره، برنز، عاج، چوب، هدايايي از کشورهاي مختلف مثل هند، تابلوهاي نقاشي و گوبلن و نشانها و مدالها در اين فضا به نمايش در آمده است همچنين ويتريني شامل اشياء و سنگهاي معدني تزئيني، سنگي از کره ماه و چندين فسيل گياهي و حيواني در معرض ديد قرار دارند که توسط رضا پهلوی جمع آوری شده اند.
طبقه دوم عمارت از يک سالن مرکزي و ايوان سرتاسري چهارطرفه تشکيل شده است. در چهار طرف سالن مرکزي که به عنوان اتاق موسيقي استفاده مي شد، قفسه چوبي ويترين دار نصب شده است.
کاخ صاحبقرانيه ناصرالدين در سال 1267 ﻫ .ق دستور داد قصر نياوران را در دو طبقه شامل شاه نشين، کرسي خانه، حمام و 50-40 دستگاه خانه هر کدام شامل 4 اتاق و يک ايوان براي زنانش بسازند. او در سي و يکمين سال حکومتش خود را صاحب قران ناميد و اين کاخ را «کاخ صاحبقرانيه» نام نهاد. پس از او، مظفرالدين شاه تغييراتي در ساختمان ايجاد و قسمتي از حرمسرا را خراب کرد. فرمان مشروطيت نيز در حياط کاخ صاحبقرانيه، توسط او امضا گرديد. در دوران پهلوي اول اين کاخ براي برگزاري مراسم ازدواج محمدرضا پهلوي و فوزيه بازسازي مي شود، اما به علت سرماي شديد آن سال مراسم در مکان ديگري برگزار مي گردد. در زمان پهلوي دوم، فرح ديبا تغييراتي اساسي در قسمتهاي داخلي بنا و دکوراسيون آن ايجاد کرد و طبقه اول يعني حوضخانه براي پذيرايي ميهمانان و طبقه دوم به عنوان دفتر کار محمد رضا پهلوی مورد استفاده قرار گرفت. از ديگر اتاقهاي اين کاخ مي توان به کرسي خانه، چايخانه، ظرفخانه، اتاقهاي بازي، بار و پذيرايي در طبقه اول و اتاقهاي مذاکرات انتظار سفرا، منشي، هدايا، دندانپزشکي و استراحت محمدرضا پهلوي نام برد. همة درها و پنجره هاي چوبي اين بنا به شکل اُرُسي بوده و با شيشه هاي رنگي تزئين شده است.
موزه جهان نما در سال 1355 شمسي، فضايي در ضلع غربي کاخ صاحبقرانيه جهت نگهداري آثار و اشياء هنري اهدايي به فرح ديبا و يا خريداري شده توسط وي با چهار سالن در طبقه همکف و يک سالن در زيرزمين در نظر گرفته شد. بر سقف تالار مياني اين موزه، نقاشي روي چوب با نقوش گل و مرغ شيراز به چشم مي خورد. اين موزه در بهمن ماه سال 1376 گشايش يافت. آثار موجود در اين موزه در دو بخش هنر پيش از تاريخ و آثار هنرهاي تجسمي معاصر ايران و جهان به نمايش درآمده اند. از جمله مي توان به آثار بجامانده از تمدن هاي باستاني پيش کلمبيايي، مفرغ هاي لرستان، سفالينه هاي املش، هنرهاي سرخپوستان آمريکاي شمالي مربوط به هزاره هاي اول و دوم پيش از ميلاد و آثاري از هنرمندان معاصر ايراني همچون سهراب سپهري، ناصر اويسي، فرامرز پيلارام، جعفر روحبخش، پرويز کلانتري، بهمن محصص، سيراک ملکونيان، ژازه طباطبايي، مش اسماعيل، پرويز تناولي و هنرمندان غير ايراني چون ژرژ براک، پل گوگن، پل کله، پابلو پيکاسو، کاميل پيسارو ، پير آگوست رنوار ، ديگو جاکومتي، فرنان لژه و مارک شاگال اشاره کرد.
کتابخانه کتابخانه اختصاصي کاخ نياوران در ضلع شرقي ساختمان کاخ اختصاصي، در دو طبقه و يک زيرزمين با زيربناي تقريبي 770 مترمربع در سال 1355 احداث شده است. اين ساختمان که طراحي داخلي آن توسط عزيز فرمانفرمائيان و Charles Serigny به انجام رسيده، داراي ويژگي هاي متمايزي در نوع معماري و ساختار سازه مي باشد، که براساس الگوي رايج معماري مدرن در دهة 50 شمسي به همراه ترکيب هوشمندانه اي از شيشه و احجام سنگي شکل گرفته است. فضاي داخلي ساختمان در سه سطح جداگانه به عملکردهاي گوناگون کتابخانه اختصاص يافته است. بخش هاي اصلي کتابخانه مشتمل بر فضاي مطالعه و قفسه هاي کتاب در طبقات همکف و اول قرار گرفته است. جايگاه کتابدار و تحويلدار، آبدارخانه، اتاق هاي صوتي ـ تصويري، همچنين سرويس هاي بهداشتي ، ديگر فضاهاي موجود را تشکيل مي دهند. علاوه بر اين، بخش عمده اي از سطح زيرزمين براي مخازن کتابها و تابلوهاي نقاشي در نظر گرفته شده است .
در اين مجموعه، حدود23 هزار جلد کتاب عمدتاً به زبان هاي فارسي و فرانسه و در زمينه هاي ادبيات، تاريخ هنر مي باشند. قديمي ترين اين کتابها در سال 1609 ميلادي در پاريس به چاپ رسيده و جديدترين آن در ژانويه 1979 وارد اين کتابخانه شده است .