1572-1795 yılları arasında belediye binası olarak inşa edilen Büyük Dük Sarayı, 1817’den sonra Lüksemburg Hükümeti tarafından kullanılmaya başlandı. Sarayı bu anlamda kullanan ilk kişi Prens Henry oldu. Büyük Dük III. William ve eşi Büyük Düşes Emma’nın ziyareti öncesinde, 1883 yılında, saray önemli bir yenilenmeden geçirildi. Büyük Dük Adolphe döneminde ise yapıya yeni alanlar eklendi. Belçikalı Mimar Gedeon Bordiau ve Lüksemburglu Mimar Charles Arendt tarafından aile odaları ve misafir odaları bu dönemde eklendi.
Büyük Dük ve Düşes’in ikamet ettikleri yapı 2. Dünya Savaşı’nda Naziler tarafından işgal edilerek, tavernaya dönüştürüldü. Ve ne yazık ki bu dönemde sarayın mobilyaları, sanat koleksiyonu ve mücevherleri zarar gördü. Sarayın kapısına gamalı haçlı bayrak çekildi. 1945 yılında Büyük Düşes Charlotte’un sürgünden dönmesinin ardından saray yeniden Büyük Dük Sarayı oldu. Charlotte döneminde, 1960’lı yıllarda saray dekorasyonu yeniden yapıldı. 1991-1996 yılları arasında ise tamamen yenilendi. Bundan sonra ise günceli, modern zevkleri ve konforu yakalamak adına saray dekorasyonu dönemsel olarak değiştirilmeye başladı.
İkametgâh olması ve devlet işlerinin yürütülmesi dışında, resmi davetlerin de gerçekleştirildiği saray yılın belirli dönemlerinde rehberli turlar ile gezilebiliyor.
