I. Petro, sarayın inşa edildiği bölgeden ilk kez Büyük Kuzey Savaşı sırasında 1705'te, Kotlin Adası'nda yer alan Kronstadt kasabasından dönüşte iniş için kullanmaya uygun bir yer olarak günlüğünde bahsetti. 1714'te Petro'nun kendi çizimlerinin esas alındığı Monplaisir Sarayı'nın inşasına başlandı. Petro daha sonra bu sarayın yakınına Versay Sarayı'nı model alarak yeni saraylar ve bahçeler inşa edilmesi talimatı verdi. Sarayın ve bahçenin başlangıçtaki planı Fransız mimar Jean-Baptiste Le Blond tarafından yapıldı.[1] Petro'dan sonra gelen her bir çar, sarayı iç kesimlere doğru genişletmeye devam ettiyse de Petro'nun katkıları 1925'te tamamlandı. 1745-1755 arasında Yelizaveta'nın emriyle İtalyan mimar Francesco Bartolomeo Rastrelli tarafından saraya pek çok ekleme yapıldı.[2]
Petergof, 23 Eylül 1941'de Almanlar tarafından ele geçirildi. 1944'e kadar Almanların elinde kalan saray büyük oranda yıkıma uğradı.[3] Çeşmelerin pek çoğu yok edildi ve saray kısmen patlatılarak yanmaya bırakıldı. Savaşın bitiminden sonra başlayan restorasyon çalışmaları günümüzde de devam etmektedir. Sarayın adı Almanlara duyulan düşmanlık nedeniyle 1944'te "Petrodvorets" olarak değiştirildi ancak 1997'de eski hâline geri getirildi.