معماری کاخ  سبز و تزیینات  وابسته به معماری

 سطح اشغال کاخ سبز 570 متر مربع است و زیربنای مفید آن  با احتساب زیر زمین و همکف و ساختمان الحاقی  (قسمت اداری موزه که در دورﮤ پهلوی دوم برای خدﻣﺔ کاخ احداث شد) در مجموع به 1365  مترمربع می رسد . نمای کاخ از سنگ معدن خمسه زنجان است که دارای لکه های صورتی و قهوه ای  روشن و رگه های سبز است که بعد از استخراج سنگهای مورد نیاز کاخ، به منظور منحصر به فرد ماندن  کاخ سبز، معدن خمسه تخریب شد. ازاره های کاخ از سنگ مرمر سبز تک رنگ است.

 به منظور جلوگیری از آسیب دیدن سنگها براثر گرما و سرما از ملات با ترکیب سرب استفاده شده است.حجاری های زیبای بیرون کاخ توسط استاد حسین خان زنجانی انجام شد. پی ساختمان از سنگ با ملات ماسه سنگ و دیوار های خارجی آجری و بسیار قطور می باشد. پوشش سقف از چوب، به صورت تیر پوش است که با شیروانی به وزن 10 تُن پوشانده شده است. معمار بنا میرزا جعفر خان معمارباشی است.

 در دو طرف نمای  بیرونی کاخ دو نقش برجسته در قابهای سنگی با نقوش برجسته انسانی همراه  با ساز هایی مانند فلوت و چنگ، درحال نوازندگی و کودکانی در حال پایکوبی را نشان می دهد. این نقش برجسته ها  نوعی نقش برجسته حجیم (high-relief) است که نقش به صورت برآمده ایجاد می شود.  علاوه بر این دو نقش برجسته، چهار ستون سفید رنگ در بالای پلکانهای ورودی سرسرای کاخ نیز  دیده می شود. نقش برجسته های نمای بیرونی کاخ و ستون های ورودی، از سنگ مرمر سفید رنگ بدون رگه، معدن کارارا در ایتالیا حجاری شده اند  و از طرف سفارت ایتالیا به پهلوی اول هدیه شده بود.

 کاخ دارای دو ورودی است که ورودی اصلی به سمت شمال و ورودی فرعی در ضلع جنوبی قرار گرفته است. پلکان ورودی کاخ با نرده های چوبی با تصاویری از سربازان ایلامی هخامنشی و مادی منبت کاری  شده اند. ساخت نرده ها توسط استاد علی مختاری گلپایگانی است.

 درهای کاخ با نقش های برجسته  مادی  و هخامنشی تخت جمشید، نقش انسان بالدار در پاسارگاد، نقش برجسته های ساسانی، نقش نادر شاه (در ورودی تالار انتظار) و همچنین نقوشی از داستانهای شاهنامه مانند مسابقه چوگان سیاوش و گرسیوَز (در ورودی اتاق خاتم) و نبرد رستم وخاقان چین (در ورودی تالار آیینه)  منبت کاری شده اند.

سلیمان بهبودی در کتاب" بیست سال با رضا شاه " در صفحه 366  می نویسد"...در آن موقع فقط دو نفر منبت کار در تهران بودند و بعداً عده ای ازگلپایگان و رضائیه برای درهای قصر سنگی و کاخ مرمر به تهران آورده شدند و کارگاه بزرگی برای آنها تهیه شده بود و کارگران هم سعی می کردند به طرز بدیع و ظریفی منبت کاری کنند. دو نفر استاد منبت کار تهرانی به نامهای سید علی و استاد نوروز در ساختن مجسمه ها و گلهای روی درها هنر نمایی کردند و آقای مختاری که از گلپایگان آمده بود ، شبکه بندی روی آینه ها و اطراف اُرُسیها را به عهده گرفت که واقعا بی نظیر بود ...".

از این متن استنباط می شود که منبت های روی درهای کاخ سبز توسط دو استاد منبت کار اهل تهران یعنی سید علی و استاد نوروز ساخته شده اند.

 پس از تبعید پهلوی اول درسال 1320 خورشیدی و به سلطنت رسیدن محمدرضا پهلوی تا اوایل دهه پنجاه خورشیدی  به جز چند مورد مناسبات خانوادگی خاندان پهلوی، از کاخ سبز  استفاده ای نشد.

 در اواخر دهه چهل تصمیم بر بازسازی این ساختمان گرفته شد. ازجمله امور مهم انجام شده:

الحاق تعدادی اتاق خدمه و آشپزخانه به ضلع جنوب غربی بنا

تبدیل زیرزمین از انباری به سوئیت، تالار پذیرایی و سفره خانه

 تعویض سیستم سرمایش و گرمایش به فن کوئل توسط شرکت هانی ول آمریکا

بازسازی سرویس بهداشتی، تزیین با سنگ مرمر، نصب پوشش پارچه ای دیوار و تعویض ملزومات سرویس

جایگزین کردن پارچه های دیواری برای پوشش دیوارهای تعدادی از اتاق ها

تعویض یا تکمیل مبلمان و تزئینات داخل تالارها

تبدیل کفپوش ها به پارکت در طبقه فوقانی

از سال 1352 تا 1357 خورشیدی این بنا تبدیل به مهمان خانه ای برای اقامت مهمانان خارجی پهلوی دوم گردید. سوئیت ها و تالار ناهارخوری زیرزمین برای همین منظور بازسازی شد. همچنین، جلساتی با حضور مقامات داخلی نیز در این کاخ برگزار می شده است .

در سال 1357، کاخ سبز توسط  نیروهای دولت موقت، حفاظت می شده است.  یک سال بعد، در شورای عالی انقلاب فرهنگی تصویب شد  که کاخها تحت نظر وزارت ارشاد ملی (وزارت ارشاد اسلامی)  اداره شوند. به این ترتیب، کاخ سبز به عنوان موزه ثبت شد و در نیمه اول سال 1360 خورشیدی، برای بازدید عموم افتتاح  شد و به علت رنگ سبز سنگ های نمای  بیرونی، به کاخ موزﮤ سبز تغییر نام یافت. امروزه متولی این کاخ موزه، وزارت میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری است.

بخش های مختلف کاخ سبز

1- طبقه همکف: پلکان و سرسرای ورودی، اتاق انتظار، دفتر کار پهلوی اول ( اتاق خاتم )،  تالار آیینه، تالار ناهارخوری خصوصی (سفره خانه)، اتاق خواب و سرویس بهداشتی

2- طبقه زیرزمین: دو اتاق خواب، تالار پذیرایی و تالار ناهار خوری

در زمان پهلوی اول، طبقه همکف به عنوان دفتر کار و مدتی نیز اقامتگاه عصمت الملوک همسر پهلوی اول بوده است. طبقه زیر زمین نیز  در دورﮤ پهلوی دوم پس از بازسازی به عنوان مهمانخانه استفاده شده است.با توجه به مطالب گفته شده  و کوچک بودن بنا، این کاخ مقر حکومتی  مهمی نبوده، ولی به خاطر زیبایی بنا و موقعیت طبیعی آن مورد توجه بوده است.