Екатерининский дворец представляет собой ансамбль, который, кроме самого дворца, включает "Холодные бани" с "Агатовыми комнатами", Камеронову галерею, здание Лицея и Знаменскую церковь. Последняя является самой ранней полностью сохранившейся постройкой (1734-1746; взорванные фашистами колокольня и шпиль церкви восстановлены по проекту архитектора М. Я. Плотникова).
Екатерининский, или Большой, дворец - композиционный центр ансамбля. В 1752-57 Растрелли перестроил его в стиле барокко 18 в. Вызолоченная скульптура фасадов огромного дворца производила на людей середины 18 в. неизгладимое впечатление. Благодаря выразительной пластике форм Растрелли удалось избежать ощущения монотонности протяженного фасада. Он не маскировал длину дворца, а подчеркивал ее, поместив главный вход в дальнем его торце. Чтобы попасть во дворец, нужно было пройти вдоль всего парадного фасада. Только в 1860 Монигетти перенес вход в центр и построил новую парадную лестницу.
В основе композиции Растрелли лежит анфилада залов, в которой главенствующее положение занимает большой зал площадью около 1000 м2. Он имеет окна с двух сторон, обильно декорированные зеркалами и позолотой. Потолок украшен огромным плафоном с аллегорическими изображениями работы художника П. Валериани. После пожара дворца Стасов возобновил растреллиевскую отделку ряда интерьеров. Позади дворца имеется огромный двор с полуциркульными закруглениями, образованными служебными корпусами, так называемая циркумференция. Въезд во двор украшают великолепные ворота, сделанные на Сестрорецком заводе по рисунку Растрелли. Внутреннее убранство эпохи Растрелли представляло собой грандиозную сквозную анфиладу роскошно убранных золоченой резьбой, зеркалами и ценными материалами парадных помещений (Большой зал, Янтарная комната, церковь и др.). В 1780-х годах оно подверглось переделкам Ч. Камерона (Зеленая столовая, Арабесковый зал). В 1820-х годах была создана Голубая гостиная (Стасов). В целом по роскоши интерьеров Екатерининский дворец не имел равных в мире.
На рубеже 1770-80-х годов происходит смена художественных вкусов. Барочное великолепие растреллиевской архитектуры воспринимается как "варварская роскошь", в результате со стороны Большого пруда появляются постройки в новом, классическом стиле. Архитектор Камерон в 1780-87 построил павильон "Холодных бань" с павильоном "Агатовых комнат" над ним, в котором демонстрировались изделия русских камнерезов. Здание Камероновой галереи представляет собой изящную ионическую колоннаду из 48 колонн, стоящих над мощной аркадой цоколя. У начала нижнего марша парадной лестницы - бронзовые скульптуры Геркулеса и Флоры, отлитые по модели Ф. Г. Гордеева. Галерея предназначалась для парадных обедов и прогулок в плохую погоду.
Возведенное по проекту И. В. Неелова четырехэтажное здание Великокняжеского корпуса (1789-92) было отдано для размещения Лицея. Для связи с дворцом через Садовую улицу была перекинута арка с переходом. В Лицее в 1811-17 годах учился Пушкин. Рядом разбит Лицейский садик, в центре которого в 1900 установлен памятник молодому Пушкину - лучшее произведение скульптора Р. Р. Баха.
Царскосельский садовый ансамбль состоит из Екатерининского, Александровского, Баболовского и Отдельного парков.
Главной достопримечательностью является Екатерининский парк (103,4 га). От главной дороги его отделяет узкий Каскадный канал с двенадцатью каскадными ступенями.
Регулярная часть парка, так называемый Старый сад, делится на четыре участка. В 1720-х годах мастер М. Фохт разбил здесь партер, проложил дорожки, Эрмитажную аллею с двумя прудами по бокам. Старый сад украшает множество парковых построек и скульптур: Верхняя ванна, Эрмитаж, Морейская колонна, ворота "Любезным моим сослуживцам", Гранитная терраса, украшенная копиями античных скульптур (выполнены в 1850 методом гальванопластики). Особое место занимает Большой пруд, на берегах которого стоят Грот и Адмиралтейство. Выделяется вертикаль Чесменской колонны высотой 14 м. Она сооружена в 1774-1778 годах А. Ринальди в память разгрома турецкого флота в Чесменской бухте. Во время Великой Отечественной войны колонна сильно пострадала, но теперь полностью восстановлена. Следует отметить также романтическую башню-руину высотой 21 м и Готические ворота, великолепный пример чугунного художественного литья.
В пейзажной части Екатерининского парка выделяется Китайская деревня - группа сооружений в стиле шинуазри. Это большая Скрипучая беседка и причудливые беседки Большой и Малый каприз. Большой каприз стоит на высокой насыпи из земли, оставшейся после рытья прудов в Екатерининском парке. В насыпи сделана 7-метровая высокая арка, увенчанная легкой "китайской" беседкой.
Александровский парк носит пейзажный характер. Главным его сооружением и лучшим образцом царскосельского классицизма является Александровский дворец, который в 1792 начал строить Кваренги для старшего сына императора Павла I, Александра. Фасад дворца выделяется великолепной колоннадой и парадной лестницей. Территория так называемого Нового сада прорезается каналами с множеством мостов: Большой Китайский мост, Малые Китайские мосты, Крестовый мост, Драконов мост и др. В пейзажной части выделяются две башни - Шапель и Белая башня, построенные по проекту архитектора Менеласа. На северной границе парка в 1909-12 по проекту В. А. Покровского был построен Федоровский городок, один из замечательных памятников неорусского стиля. По замыслу того же Менеласа, при въезде в город на месте старой заставы в 1827-30 были поставлены Египетские ворота, два мощных пилона которых облицованы чугунными плитами с увеличенными копиями египетских рельефов (В. И. Демут-Малиновский).