در گوشه شمال شرقي باغ نياوران ، بناي کاخ نياوران با مساحتي در حدود 9000 متر مربع 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 . طرح اين بنا از محسن فروغي است که توسط شرکت فرمانفرمائيان به مرحله اجرا درآمده است .
طرح چهار ضلعي کاخ و فضاسازي معماري داخلي آن الهام گرفته از معماري ايراني با بهره گيري از فناوري مدرن است . تزئينات آن نيز تلفيقي از هنر پيش از اسلام و پس از اسلام است که گچبري توسط استاد عبداللهي ، آينه کاري توسط استاد علي اصغر و کاشي کاري نماي خارجي توسط استاد ابراهيم کاظم پور و ايليا انجام شده است . 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 طبقه 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 و استراحتگاه نيمروزي پهلوي دوم و همچنين اتاق هاي فرزندان وی و نديمه هايشان قرار دارد . اين فضاها با نقاشي ها و فرش هايي گرانبها و هداياي متعددي از کشورهاي مختلف پوشيده شده اند .