کاخ نیاوران، واقع در گوشه شمال شرقی باغ نیاوران قرار دارد. باغ ییلاقی فتحعلیشاه قاجارکه در این نیزار ایجاد شد را «نی آوران» نامیدند که بعداً به نام «نیاوران» مشهور شد. محمدشاه نیز در همین باغ بنای کوچک و سادهای بنا کرد و به دنبال او ناصرالدینشاه قاجار «کاخ صاحبقرانیه» را در این باغ ساخت. آخرین بنایی که در دوران قاجار در این باغ ساخته شد کوشک احمدشاهی است.
در زمان فتحعلی شاه قاجار کاخ کوچکتری در محل فعلی کاخ نیاوران قرار داشت که در زمان محمدرضا پهلوی تخریب و کاخ نیاوران با سبکی مدرن جهت سکونت وی و خانواده اش بجای آن ساخته شد.
طراح بنا محسن فروغی بود که طرح خود را بیشتر از معماری ایرانی و تلفیقی از هنر پیش و پس از اسلام الهام گرفته بود. همچنین گچبری توسط استاد عبداللهی، آینهکاری توسط استاد علیاصغر و کاشیکاری نمای خارجی توسط استاد ابراهیم کاظمپورانجام شده است.
طبقه همکف این بنا شامل سرسرای بزرگی است که کلیه اتاقها در اطراف آن شکل گرفتهاند. از آن اتاقها میتوان به سینمای اختصاصی، اتاق غذاخوری، سالن پذیرایی، اتاق انتظار و راهروهای فرعی و همچنین تالار آبی اشاره کرد. در نیم طبقه این بنا اتاق کار، اتاق کنفرانس و دفتر منشی فرح دیبا و اتاق خواب لیلا و اتاق ندیمه او قرار دارد. در طبقه سوم اتاق خواب واستراحتگاه نیمروزی محمدرضا پهلوی، اتاق آرایش و لباس فرح دیبا وهمچنین اتاقهای فرزندان شاه و ندیمه هایشان قرار دارد.
اکنون محوطه کاخ شامل : کاخ اختصاصی نیاوران ( محل پذیرایی سلطنتی و اقامت مهمانان عالی رتبه دربار که با تغییراتی به محل سکونت محمد رضا پهلوی و خانواده او اختصاص یافت ) و موزه پارچه و لباس های
سلطنتی ، کاخ صاحبقرانیه و موزه حوضخانه ، کوشک احمد شاهی ( خوابگاه ییلاقی احمدشاه و بعدها محل کار و سکونت رضا پهلوی)، موزه جهان نما ( نمایش آثار اهدایی به خاندان پهلوی و آثارخریداری شده توسط آنان) ،
کتابخانه اختصاصی و اتاق موسیقی، موزه خودروهای اختصاصی کاخ نیاوران ( گاراژ خودروهای خاندان پهلوی که به موزه خودروهای به جا مانده از آنها بدل شده است)، باغ کتیبه ها و گلخانه ها
می باشد .