Ханский дворец служил резиденцией для большой ханской семьи и был центром государственной власти, местом правосудия и принятия решений, влияющих на судьбы Восточной Европы. На протяжении двух с половиной веков здесь жили и правили представители династии Гераев. Дворец не принадлежал лично какому-либо хану, а был фамильным достоянием всей правящей династии.

Его строительство началось в начале XVI века при хане Сахибе I Герае, одновременно с возведением Бахчисарая. Старейшие здания комплекса, такие как большая Ханская мечеть и бани Сары-Гюзель, относятся к 1532 году. Портал Демир-Капы, датированный 1503 годом, был перенесён во дворец из другого места.

Каждый новый хан добавлял что-то своё в архитектуру дворца, оставляя память о себе для потомков. Изначально здесь был городской сад с качелями и киосками, от которого сохранились декоративные бассейны и фонтаны. Однако изначально площадь задумывалась как открытое пространство для парадов и торжеств, усыпанное речным песком, без деревьев и водоемов. Садовники создали на склонах террасы с фруктовыми деревьями, которые в XX веке стали местом военного кладбища.

Во время войны между Россией и Крымским ханством дворец был разрушен, но капитан Манштейн составил его описание, что позволило восстановить здание. В 1787 году Екатерина II посетила дворец, и к её приезду князь Потемкин провёл ремонт, добавив элементы эклектики в интерьеры.

Во время Крымской войны здесь находился лазарет, который посещал Николай Иванович Пирогов. В 1908 году во дворце открылся музей, а в 1912 году его посетил Николай II с семьёй. После Октябрьской революции 1917 года здесь был открыт музей истории и культуры крымских татар.

С 1955 года дворец стал Бахчисарайским историко-археологическим музеем, а с 1979 года, историко-архитектурным музеем. В 1930-е годы под руководством архитектора П.И. Голландского проводился ремонт, в ходе которого были забелены внешние раскраски дворца. В 1961 и 1964 годах проводилась научная реставрация, возвращавшая дворцу его первоначальный облик.

С октября 2015 года Ханский дворец признан объектом культурного наследия федерального значения.