На месте, где сейчас стоит губернаторский дворец, в древности находился дворец казанских ханов, а в XVIII веке, дом обер-коменданта. Здание было построено как резиденция военного губернатора с помещениями для императорских квартир. Проект дворца, утверждённый императором Николаем I в 1843 году, разработал петербургский архитектор К. А. Тон, известный как автор Большого Кремлёвского дворца и храма Христа Спасителя. Строительством на месте руководил военный губернатор С. П. Шипов, который назначил главным строителем инженера Мальте, а архитектор А. И. Песке помогал в работе. Шипов хотел развернуть фасад к Казанке, но император не одобрил это предложение. Отделкой интерьеров занимался М. П. Коринфский.

В XX веке здание служило местом размещения органов власти Татарской АССР, включая Президиум Верховного Совета и Совет Министров ТАССР. Сегодня дворец является официальной резиденцией президента Республики Татарстан. В конце 1990-х годов вокруг него была возведена ограда. Здание дважды подвергалось реставрации: в 1970-х годах и около 2000 года.

Архитектурный стиль двухэтажного здания с антресольным и подвальным этажами, русско-византийский с элементами псевдоренессанса. Центр композиции главного фасада выделен ризалитом, украшенным спаренными полуколоннами второго этажа и увенчанным фронтоном с тремя арками. Входы в здание оформлены двумя крыльцами с арочными дверными проёмами и ордерными колоннами. Арочные оконные проёмы на обоих этажах разделены ордерными пилястрами. Позади основного объёма здания расположена полукруглая одноэтажная циркумференция, ограничивающая двор, а сбоку есть проезд во внутренний двор. В оформлении здания присутствуют элементы ренессанса, такие как руст на первом этаже и сдвоенные пилястры, барокко, антаблемент над колоннами главного ризалита и форма фронтонов над крыльцами, а также древнерусского стиля, гирьки над окнами второго этажа, замыкающие спаренные арочные проёмы, и фигурные опоры бокового перехода, ведущего в Дворцовую церковь. Верхушка ризалита повторяет форму закомар Благовещенского собора, расположенного на другой стороне двора.