Après l'annexion de la Crimée à l'Empire russe, les propriétaires de Massandra étaient l'amiral français prince Karl Nassau-Ziegen, le propriétaire terrien Matveï Nikitine, Sofia Konstantinovna Pototskaïa, Olga Stanislavovna Narychkina, Alexandra Vassilievna Branitskaïa et la famille Vorontsov. En 1881, le prince Semyon Mikhaïlovitch Vorontsov a commencé la construction du palais selon le projet d'Étienne Bouchard dans le style de Louis XIII. Cependant, en 1882, après la mort du prince, les travaux ont été suspendus.

En 1889, le domaine a été acquis par le Bureau des domaines pour l'empereur Alexandre III. L'architecte P. K. Terebenev décrivait l'état du palais au moment de l'achat comme un bâtiment en pierre de deux étages avec un sous-sol, construit en calcaire local, avec un toit en zinc et des fenêtres de mansarde. À l'intérieur, des poutres en fer avaient été installées, mais les autres parties du bâtiment manquaient. Le coût de la construction était estimé à 85 000 roubles. De 1892 à 1902, Maximilian Messmacher a poursuivi la construction, préservant les dimensions et le style, mais transformant le bâtiment en un palais féerique. La construction était dirigée par l'architecte Oscar Emilevitch Wegener. Le palais appartenait à Alexandre III, puis à Nicolas II. Les empereurs le visitaient souvent, mais ne restaient jamais pour la nuit.

En 1822, sous Olga Narychkina, le célèbre jardinier Karl Kebach a créé à Massandra un parc de style anglais, remplaçant la forêt de chênes et de hêtres. Des sentiers ont été tracés, des allées et des parterres de fleurs ont été aménagés. Sous la direction de Kebach, des genévriers, des cèdres, des cyprès, des pins méditerranéens ainsi que des arbres fruitiers exotiques ont été plantés dans le parc. Aujourd'hui, c'est l'un des meilleurs parcs paysagers d'une superficie de 42 hectares.

De 1929 à 1941, le palais a servi de sanatorium « Santé prolétarienne » pour les malades de la tuberculose. Dans les années d'après-guerre, il a été occupé par l'Institut de viticulture et d'œnologie « Magarach », mais pour peu de temps. Depuis 1948, il abritait une datcha d'État, connue sous le nom de « Datcha stalinienne », où se reposaient Staline, Khrouchtchev et Brejnev.

Après l'indépendance de l'Ukraine en 1992, un musée a ouvert dans le palais. En 1993, quatre accords ukraino-russes, connus sous le nom d'accords de Massandra, y ont été signés.

Le palais conserve des objets uniques du quotidien, tels qu'une cheminée en marbre brun massif et des lustres faits à la main. Des meubles intégrés en acajou et des miroirs ont également été préservés. Certains éléments de décoration des murs et des voûtes n'ont pas survécu, mais dans l'ensemble, le palais reste un foyer familial chaleureux, comme il y a plus de 100 ans.

Après l'annexion de la Crimée à la Russie en 2014, le palais est passé sous la gestion de l'Administration des affaires du Président de la Fédération de Russie.

Le 1er juin 2017, un buste en bronze de l'empereur Alexandre III, créé par le sculpteur A. A. Apollonov, a été inauguré sur le territoire du palais de Massandra.

En 2018 et 2019, des tournages de la troisième saison de la série « Catherine » ont eu lieu sur le territoire du palais. Le palais représentait la résidence du roi de Naples, où se cachait la princesse Tarakanova.