Barokowy pałac królewski został wzniesiony w latach 1681–1696 dla króla Jana III Sobieskiego i Marii Kazimiery według projektu Augustyna Wincentego Locciego. Król był niezwykle zaangażowany w projekt i budowę pałacu – wszystko odbywało się pod jego czujnym okiem.
Pałac wraz z otaczającym parkiem oraz zabudowaniami zachował niezmienioną formę architektoniczną, walory historyczne i artystyczne. W 1994 został uznany za pomnik historii.
Architektura pałacu jest oryginalna – jest to efekt połączenia sztuki europejskiej ze staropolską tradycją budowy. Zachowany wystrój malarsko-rzeźbiarski elewacji i wnętrz pałacowych, który w nawiązaniu do symboliki antycznej głosi apoteozę rodu Sobieskich i gloryfikację sukcesów militarnych króla.
Początkowo, w latach 1677–1680 była to typowa podmiejska rezydencja magnacka, w kształcie dworu polskiego z alkierzami. W latach 1692–1696 centralna część pałacu otrzymała drugie piętro, a wieże pałacowe zwieńczono miedzianymi hełmami. W kształcie z 1696 reprezentuje charakterystyczny typ barokowej rezydencji podmiejskiej. W latach 1720–1728 dobudowano skrzydła boczne.
W 1805 w części pałacu powstało jedno z pierwszych publicznych muzeów w Polsce. Obok prezentacji bogatych zbiorów sztuki europejskiej i dalekowschodniej, część centralną pałacu poświęcono pamięci Jana III i wspaniałej przeszłości narodowej.
14 maja 1926, w trakcie przewrotu majowego, Stanisław Wojciechowski podpisał w pałacu rezygnację ze stanowiska Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej.
Podczas II wojny światowej Niemcy i Węgrzy zagrabili ok. 80% wyposażenia wnętrz pałacu, zniszczono także ogród pałacowy.
Przejęty po ostatniej wojnie na własność państwa, po gruntownych pracach konserwatorskich i rewaloryzacyjnych oraz rewindykacji znacznej części zbiorów wywiezionych przez Niemców, został udostępniony publiczności w 1962 roku.
Od 1995 pałacem i zespołem pałacowo-parkowym zarządza Muzeum Pałacu Króla Jana III w Wilanowie (do 2013 noszące nazwę Muzeum Pałac w Wilanowie).
Imponujące ogrody pałacu w Wilanowie
Na uwagę zasługują również ogrody pałacu w Wilanowie, które zostały założone równolegle z początkiem budowy pałacu. Co ciekawe, sam król doglądał tutaj roślin, sadził drzewa i spędzał w swoim ukochanym ogrodzie długie godziny. Obecnie do epoki Jana III Sobieskiego najbardziej nawiązują ogrody włoskie rozmieszczone między pałacem a jeziorem Wilanowskim.
Na rozległych terenach posiadłości znajdują się również ogród angielsko-chiński (założony na polecenie Izabeli Lubomirskiej) a także ogród angielski stworzony przez Stanisława Kostkę Potockiego.