Дворец был заложен Петром I для Франца Лефорта в 1697 году. Строительством руководил зодчий Д. В. Аксамитов. Внешне здание было исполнено в духе «нарышкинского барокко», но в его планировке и внутренней отделке имелось немало новшеств. Лефортовский дворец стал первым в России частным домом с симметричной планировкой, большим двухсветным залом в центре, высокими окнами и плоскими потолками в помещениях верхних этажей.
После внезапной смерти Лефорта в 1699 году Петр I использовал дворец в качестве официальной резиденции, проводя здесь приемы послов, балы и театральные представления, а в 1706 году подарил дворец А. Д. Меншикову. Меншиков немедленно приступил к реконструкции и расширению здания. Итальянский архитектор Франческо Фонтана (в литературе ХХ века его ошибочно называют Джованни Марио Фонтана) пристроил к дворцу три новых корпуса, создав прямоугольный парадный двор, окруженный открытыми аркадами (заложены в XIX веке).
Стены корпусов Ф. Фонтана декорированы пилястрами композитного ордера объединяющими два этажа. Центр парадного фасада дворца со стороны улицы акцентирован массивным портиком с широкой аркой, обрамленной сдвоенными пилястрами. Аналогичный портик устроен со стороны двора.
В XIX веке здание дворца было передано военному ведомству. Ныне здесь располагается Российский государственный военно-исторический архив.