در گوشه شمال شرقی باغ نیاوران، بنای کاخ نیاوران با مساحتی در حدود ۹۰۰۰ مترمربع در دو طبقه و یک نیم طبقه قرار دارد. عملیات احداث این بنا در سال ۱۳۳۷ ﻫ.ش، با طرحی ایرانی آغاز گردید. معمار طراح کاخ مهندس "محسن فروغی" و مهندسین مشاور ناظر بر اجرا "شرکت مهندسین مشاور عبدالعزیز فرمانفرماییان و همکاران" و سازنده بنا "شرکت ماپ" بوده است. در ابتدا این کاخ را به عنوان محلی برای پذیرایی سلطنتی و اقامت میهمانان عالی رتبه دربار طراحی نمودند اما در حین عملیات اجرایی با اعمال تغییراتی در کاربری به محل سکونت محمدرضا پهلوی و خانواده او اختصاص یافت.

احداث این کاخ در نهایت با وقفه­ای که در ساخت آن پیش آمد در سال ۱۳۴۶ ه­ش به اتمام رسید و در سال ۱۳۴۷ ه­ش مورد بهره­برداری قرار گرفت و تا واپسین ساعات خروج خانواده پهلوی از کشور محل اصلی سکونت محمدرضا پهلوی و خانواده وی بود. طرح چهار ضلعی کاخ و فضاسازی معماری داخلی آن الهام گرفته از معماری ایرانی با بهره گیری از فن آوری مدرن است. تزئینات آن نیز تلفیقی از هنر پیش از اسلام و پس از اسلام است که گچبری توسط استاد عبداللهی، آینه کاری توسط استاد علی اصغر و کاشی کاری نمای خارجی توسط استاد ابراهیم کاظم پور و ایلیا انجام شده است. کف بنا از جنس سنگ گرانیت سیاه و سقف آن از جنس آلومینیوم است که از وسط باز می شود. دکوراسیون و مبلمان داخلی کاخ توسط یک گروه فرانسوی طراحی و اجرا شده است.

طبقه همکف این بنا شامل سرسرای بزرگی است که کلیه اتاق ها در اطراف آن شکل گرفته اند، از آن جملـه 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 اتاق های فرزندان شاه و ندیمه هایشان قرار دارد. در انتهای مسیر بازدید اتاقی در راه پله ­ها قرار دارد که لباسهای رسمی و نظامی و مدالها و نشان­های محمدرضا پهلوی در آن نگهداری می­شود.

مجموعه­ای نفیس از تابلوهای نقاشی هنرمندان ایرانی و خارجی، ظروف چینی کارخانجات سور و رزنتال و اشیاء تزیینی و همچنین مجموعه فرشهای نفیس ایرانی زینت بخش این فضاها است.

کاخ اختصاصی نیاوران در دی ماه ۱۳۸۲ با هدف مرمت و بهسازی تعطیل شد و مدت ۶ سال عملیات مرمت شامل نقاشی بنا، مرمت گچبری ها و آیینه کاریها، ایجاد سیستم هواساز، تعویض سیستم­های برق و کابلها، تعمیر پوشش بام و عایق کاری و راه­اندازی مجدد سقف متحرک، آسانسور، تعمیر سنگ­فرش و پارکت کف فضاهای مختلف، تجهیز مخزن و ایجاد سیستم حفاظت الکترونیک (دوربین مداربسته)با حفظ اصالت بنا انجام شد. مرمت مبلمان، پرده­ها و دیوارکوبهای پارچه­ای و مرمت تعداد زیادی از اشیا با رعایت اصول مرمتی و مطالعات کارشناسی در خصوص آثار از دیگر اقدامات انجام گرفته می­باشد. پس از ۶ سال تلاش و فعالیت برای حفظ میراث ملی، کاخ اختصاصی نیاوران مجدداً جهت بازدید عموم علاقمندان به تاریخ، فرهنگ و هنر ایرانی در اسفند ۱۳۸۸ بازگشایی گردید.