Здание было построено в 1789—1792 годах, проект И. В. Неелова был согласован в ноябре 1788 года как каменный флигель, «в коем соизволят обитать великие княжны»[2]. Внучки Екатерины II так и не стали жить в построенном здании[1], поэтому в 1810 году его передали Министерству народного просвещения под вновь созданный лицей[2].
Актовый зал
Сложность при проектировании составила близость к Знаменской церкви, построенной в стиле барокко; композиции старого и нового зданий были согласованы разной высотой и членением четырёхэтажного флигеля горизонтальной тягой над вторым этажом. Это членение дополнительно подчёркнуто расположенным в центре фасада портиком, в котором четыре колонны коринфского ордера расположены по высоте двух верхних этажей, а два нижних этажа как бы служат для них цоколем[2]. Над портиком размещён треугольный фронтон, первые два этажа рустованы, у здания декоративный фриз, мягко скругленные углы и профилированные наличники[1].
Здания лицея и Екатерининского дворца соединены переходом с тремя арками, средняя из которых широкая трёхцентровая, а боковые узкие полуциркульные[2]. Широкая арка была перекинута через улицу[3].
Шестиарочный коридор на четвёртом этаже
Когда здание было передано лицею, его переделывал В. П. Стасов. Работы были закончены к сентябрю 1811 года. Вместо дубовых лестниц были построены каменные, две комнаты на третьем этаже были объединены и стали физическим кабинетом, в Актовом зале[2] (Рекреационном, Гимнастическом; 15х10,6 м), расписанном под розовый мрамор[4], были поставлены четыре держащие перекрытие дорические колонны[2]. Также был сделан дополнительный вход со стороны сада («запасной вход»[5]) и организовано воздушное отопление вместо печного[4]. На каждом этаже были сделаны новые окна и двери[6].
На втором этаже располагались конференц-зал, столовая и больница (по другим планам, лазарет был на первом этаже, а на втором — канцелярия[4]), на четвёртом были сделаны комнаты учащихся, причём потолки «для чистоты комнатного воздуха» были сделаны выше на 70 сантиметров. На первом этаже жили инспектора, гувернёры, находились хозяйственные помещения[2]. Комнаты воспитанников были расположены по сторонам шестиарочного коридора[7], подобные отдельные комнаты не предоставляло никакое другое российское закрытое учебное заведение[8]. С парадной лестницы был вход на любой этаж, стены главного входа также были раскрашены под розовый мрамор[5].
За устройство Царскосельского лицея Стасов был награждён 6 ноября 1811 года суммой в 3000 рублей[9].
12 мая 1820 года лицей пострадал при пожаре, не сгорели только стены. Восстановлением до 1822 года вновь занимался В. П. Стасов. В восстановлении участвовал художник Ф. Брандуков, расписавший потолок и проёмы арок Актового зала[2] с использованием техники гризайль и мотива военной арматуры. При ремонте, кроме восстановления несущих конструкций и отделки, были сделаны две новые каменные лестницы, причём восстановление шло легче благодаря Е. А. Энгельгардту, сумевшему при пожаре организовать эвакуацию не только людей, но и вещей, мебели, дверей, оконных рам[4] и части полов[10]. Не были восстановлены четыре круглых барельефа на арке и лепные «фестоны» над окнами четвёртого этажа[11].
Вскоре после реставрации вновь произошла перестройка, при которой отдельные комнаты лицеистов заменили на общую спальню[2] на сто человек[12] (по казарменному типу: изменения произошли после передачи лицея из Министерства народного просвещения в Военное ведомство[10]). После перевода лицея в Санкт-Петербург здание было отдано под квартиры дворцовых служащих, Актовый зал был уничтожен[2], парадное крыльцо со стеклянной двустворной дверью с фонарями по сторонам[5] перестроено[13].
После революции началось обсуждение идеи открытия в здании мемориального музея; идею реализовали только в восстановленном после Великой Отечественной войны здании[2]. Во время войны у здания была пробита крыша, двери и оконные рамы выломаны[12]. Проект полного восстановления внутренней планировки был разработан и утверждён в 1957 году[14]; позднее были выявлены некоторые неточности реставрации[15] (был установлен камин более позднего времени, сделаны лепные украшения вместо росписи, стены окрашены в зелёный цвет вместо имитации розового мрамора, перегородки между спальнями не доходили до окон, переплёты окон фасада не совпадали с внутренними[12]).
Материалы по истории здания хранятся в музее в комнате, примыкающей к Актовому залу[3]. В 1960-е годы использовалась лестница, при Пушкине бывшая служебной и доходившая до второго этажа, продлённая на все этажи в 1832 году[5]; после новой реконструкции 1966—1974 годов была восстановлена парадная лестница[12].
