Nu se cunoaste data inceperii lucrarilor la noul palat din Mogosoaia, ci numai cea a terminarii lui. O putem citi din pisania existenta in foisorul de pe latura de rasarit a palatului, prinsa in zid deasupra usii din pridvor: "Acest palat den temelie iaste zidit si infrumusetat de preluminatul inaltatul Domn Io Costandin Basarab voevod, daruit si dat la al doilea lui fiu, lui Stefan Brancoveanu mostenire ohabnica savarsind acest frumos lacas la anul de la Hs 1702, meseta [luna] septemvrie 20". E de remarcat ca palatul este inaugurat tot pe 20 septembrie, ca si biserica, dar la paisprezece ani distanta.

Palatul este situat pe malul lacului, pe latura sudica a unei curti dreptunghiulare, imprejmuita cu ziduri puternice. Pe latura de rasarit a incintei, in centrul ei, se afla poarta de intrare in curtea palatului, deasupra careia, la inceputul secolului al XIX-lea, se va construi un foisor. Langa poarta au fost zidite mai multe incaperi pentru corpul de garda al palatului.

In coltul de rasarit al curtii, pe partea dreapta a intrarii se afla o cladire ce se remarca prin cele opt coloane ale porticului si prin acoperisul piramidal. Este bucataria palatului, cuhnia, compusa dintr-o incapere centrala inconjurata de patru camarute. "Incaperea propriu-zisa a bucatariei - scria Grigore Ionescu -, prinsa la mijloc, este o prisma cu baza patrata, suprainaltata pe o bolta octogonala ale carei fete, curbandu-se catre centru, se termina intr-un inalt turn-lanterna, strapuns de ferestruici inguste: cos de fum si mecanism de ventilatie in acelasi timp". Cuhnia este amplasata la distanta de palat, pentru a se evita incendiile - ca si la Potlogi -, dar aceasta pozitionare prezenta si unele inconveniente pe care Antonio Maria del Chiaro, secretarul italian al lui Brancoveanu, nu a ezitat sa le nominalizeze in memoriile sale: "Mesele sunt foarte imbelsugate, dar bucatele sunt vesnic reci, din cauza ca se obisnuieste in Valahia ca cuhnia sa fie asezata intr-un colt al curtii, deci foarte departe de casa".

Pe latura de miazanoapte a incintei palatului se mai afla o poarta monumentala, care duce spre livada, al carei element remarcabil este frontonul ce contine un grup statuar neoclasic, avand in centru pe zeita Minerva. Sculptura dateaza din 1820 si se afla deasupra uneia dintre intrarile casei banului Dumitrache Ghica din Bucuresti.

In coltul de rasarit al incintei se afla o constructie masiva, a carei arhitectura vrea sa se incadreze in cea a ansamblului, copiind unele elemente specifice palatului. Cladirea se remarca prin vastul portic de coloane de caramida - de la parter si de la etaj - a carui sursa de inspiratie se regaseste in porticul cuhniei. Aceasta impozanta si insolita cladire a fost construita in a doua jumatate a secolului al XIX-lea de principele Nicolae Bibescu (1830 - 1 iunie 1890), proprietarul de atunci al domeniului Mogosoaia, si este cunoscuta sub numele de Vila d'Elchingen. O botezase astfel in cinstea sotiei sale, Helene Ney d'Elchingen, nepoata maresalului Michel Ney. Vila va fi transformata in stil brancovenesc in deceniul trei al secolului XX, de catre fiica Marthei Bibescu, Valentina, si sotul ei, Dimitrie Ghica-Comanesti, dupa planurile arhitectului G.M. Cantacuzino.

Palatul de la Mogosoaia are un plan regulat, regtangular, cu doua decrosuri pe latura dinspre lac si doua pe celelalte laturi, fiind structurat pe trei nivele: subsol (pivnita), parter si etaj. Pivnita se remarca prin dimensiunile ei (16,05 x 14,10 m), ci si prin masivitate: un solid pilon central o imparte in patru incaperi acoperite cu cate o cupola pe pandantivi.

Parterul palatului cuprindea opt incaperi destinate slujitorilor domnitorului. Etajul a fost afectat in intregime familiei Brancoveanu si era format din apartamentul Domnului (cuprinzand doua incaperi si marea sala a spatariei, loc de desfasurare a ceremoniilor si a Divanului Domnesc), al Doamnei (compus tot din doua incaperi, azi reunite intr-o mare sala) si un alt apartament mai mic. La etaj se afla si elementul arhitectural cel mai rafinat al palatului: splendida loggie de pe fatada dinspre lac, inspirata dupa modelele venetiene. Socotita "modelul cel mai frumos si mai bogat de arhitectura civila romaneasca veche pe care il avem", loggia de la Mogosoaia, cu cele sase coloane din piatra ce sprijina cinci arcade in acolada, este incadrata de doua foisoare usor decrosate (adaugate la renovarea din 1860-1880), ce se remarca prin coloanele lor cu bogate capiteluri sculptate in piatra.

Fatada de rasarit a palatului are si ea un element care o particularizeaza: foisorul, sprijinit pe opt coloane de piatra si cu o balustrada bogat decorata. La foisor se accede din exterior printr-o scara monumentala adosata fatadei, element ce se regaseste si la resedintele brancovenesti din Potlogi si de la Manastirea Hurezi. E bolta foisorului s-au pastrat portiuni din pictura murala originara, cu motive geometrice si vegetale stilizate. La etaj se afla - probabil in sala spatariei - o mare fresca ce istorisea, in tablouri de cate doi metri, calatoria domnitorului la Adrianopol, in 1703, si intalnirea cu sultanul. Fragmente din aceasta fresca se mai pastrau inca la jumatatea secolului trecut, majoritatea picturilor, stucaturilor si decoratiilor interioare fiind distruse in 1775.