К возведению царскосельского ансамбля были привлечены лучшие мастера и использовались наиболее качественные материалы. Так, расписные изразцы для печей изготавливались на казенных кирпичных заводах Санкт-Петербурга; листовое золото в течение нескольких лет поставлялось из Москвы; кованые решетки балконов и дворцовые ограды по рисункам Растрелли исполнили Тульский и Сестрорецкий оружейные заводы; мраморные ступени лестниц и плиты для полов и садовых площадок – камнерезные мастерские Урала.

Сохранив общую композицию дворца, Растрелли соединил отдельные корпуса в единый массив и существенно обогатил декоративную отделку фасада. После этого некогда скромные палаты Екатерины I превратились в пышный Большой дворец, поражавший современников блеском внешних украшений. По своим масштабам, цельности пространственного построения, единству фасадных мотивов и отделки интерьеров, по необычайной насыщенности архитектурных форм пластикой и цветом это произведение Растрелли представляет собой явление, единственное в своем роде.

В основу общего плана Екатерининского дворца положен тот же тип блока-галерей, что и в основу дворца в Петергофе, но здесь он принял размеры гораздо более внушительные. На 300 м протянулась единым фронтом стена главного фасада, выходящего на парадный двор, и так же по прямой линии вытянут параллельный фасад, обращенный в сторону парка. Между этими двумя наружными стенами заключена анфилада великолепных залов, антикамер, салонов, жилых покоев – единая цепь внутренних прямоугольных помещений. Простейший план здания и столь же простая наружная конфигурация дворцового блока – громадного корпуса – своеобразно сочетаются с обильной пластикой фасада и разнообразием внутренней отделки.

Ряд сменяющих друг друга залов во дворце – образец строго последовательного в своей простоте построения дворцового интерьера. Замечательной чертой всей композиции является тождество плана и объемного построения: прямолинейному блоку дворца полностью соответствует прямолинейная анфилада его помещений.

Помимо основного корпуса, комплекс дворца включает обрамляющие парадный двор криволинейные постройки – так называемые циркумференции. Два симметричных крыла циркумференций связывают кованая ограда и ворота, выполненные по чертежу Растрелли. Из-за обилия золоченых орнаментальных деталей их называли Золотыми.

Центральную часть фасада дворца занимает Средний дом, в котором сохранено трехчленное деление прежней композиции – традиционное построение из центрального объема и двух боковых ризалитов. Таким образом, Средний дом представляет собой как бы самостоятельный дворец, вкомпонованный в середину дворцового блока. По обе стороны от Среднего дома, на равных расстояниях, симметрично выделены ризалитами боковые флигели, приходящиеся на середину каждой из боковых частей корпуса. Это основное членение фасада завершается двумя формирующими весь корпус павильонами, из которых один служит церковью. Выделяясь высотой кровли, более крупным ордером и некоторыми деталями, Средний дом и боковые флигели не нарушают строгой прямолинейности фасада и объемной целостности всего блока.

Композиция дворца решена в виде единого объема, без резкого выделения отдельных частей здания и его центральной оси. Ритм фасада определяется не столько объемными членениями, сколько мощным рельефом колонн, чередующихся с оконными проемами. Фасадные стены галерей превращаются в сплошную колоннаду, в которой громадные окна почти полностью занимают междуколонные промежутки.

Растрелли стремился раскрыть покои дворца к свету, воздуху, окружающему пространству. Это он делал при помощи необычно частых больших оконных проемов. Чередование колонны и окна, сочетание пластической силы с прозрачностью здесь вполне отвечает архитектурному замыслу.

Особенностью дворца является характерная для Растрелли яркая расцветка фасада. По свидетельству самого архитектора, дворец сверкал золотом – вызолочены были лепные детали наличников, вазы и статуи балюстрады, капители колонн и пилястр. Золоченые детали выступали на фоне двух цветов – лазоревого, в который была окрашена сама стена фасада, и белого цвета колонн.

Элементы наружного декора – лепные атланты, кариатиды, эффектные львиные маски, массивные кронштейны цоколя, сочная лепка капителей, замковые камни в виде рельефных ратушей, лепной узор наличников верхнего этажа – представляют собой части штукатурного покрытия фасада. Обильный рельеф составляет как бы пластичную ткань самого фасада, а не наложенный на стену набор скульптурных фигур и лепных украшений.

То же следует сказать и о расцветке: штукатурка органически требует цвета, допуская при этом самые разнообразные сочетания тонов. Многоцветная раскраска фасада Царскосельского дворца столь же органично сочетается с материалом, как органично связана с ним и пластика фасадного убора.

Причудливые линейные и декоративные лепные элементы фасада выступают на фоне чрезвычайно крупных и сильных архитектурных форм. Блеск сверкающей позолоты и яркая двухцветная окраска сочетаются с предельной строгостью основных архитектурных мотивов и симметричностью членений. Эффект гигантского многоколонного фасада усиливается еще и благодаря тому, что Растрелли поместил главный вход во дворец не в центре (где он находится теперь, после позднейших перестроек), а в конце здания – в правом торцовом павильоне. Для того чтобы попасть во дворец, надо было пройти или проехать мимо всего фасада, который как бы проплывал перед посетителем во всем великолепии своих форм.