После вступления на престол Павла I Гатчинский дворец становится официальной резиденцией русских императоров. Продолжаются работы по благоустройству и убранству Гатчинского дворца. Одним из первых указов императора, от 11 ноября 1796 года, мызе Гатчино присваивается статус города. Начинаются крупномасштабные строительные работы в городе.

Дворцовый парк обрел те очертания и планировку, которые продолжают до сих пор восхищать современников.

По проекту архитектора Н. А. Львова на берегу Черного озера в 1797-1799 годах было построено здание Приората. Название дворца связывается с учреждением в 1798 году в России «великого приорства» – ордена Мальтийских рыцарей. 23 августа 1799 года император пожаловал приорат в собственность Ордена. Уникальное сооружение, возведенное из утрамбованной земли является единственной в России землебитной постройкой сохранившейся до настоящего времени.

16 декабря 1798 года император Павел I был избран великим магистром ордена св. Иоанна Иерусалимского. 12 октября 1799 года в Гатчину прибыли рыцари ордена, которые преподнесли своему Великому магистру, русскому императору, три древние реликвии Мальтийского Ордена – частицу древа Креста Господня, Филермскую икону Божией Матери и десницу св. Иоанна Крестителя. Позже, осенью этого же года святыни перевезли из Гатчинского дворца в Петербург, где их поместили в придворной церкви Спаса Нерукотворного в Зимнем дворце.

В память об этом событии в 1800 году Правительствующий Синод установил на 12 (25) октября праздник в честь «перенесения из Мальты в Гатчину части древа Животворящего Креста Господня, Филермской иконы Божией Матери и десной руки святого Иоанна Крестителя».

После трагической гибели Павла I в Михайловском замке в ночь на 12 марта 1801 года Гатчина перешла в собственность его супруги Марии Федоровны. Для нее, как и для всей семьи это место всегда напоминало о Павле I: здесь хранились его личные вещи, документы и множество произведений искусства, собранных в соответствии с личным вкусом императора.

Вдовствующая императрица Мария Федоровна составила завещание, согласно которому гатчинский дворцово-парковый ансамбль должен был передаваться в наследство по мужской линии только царствующему императору. Николай I вступил на престол в 1825 году, а владельцем Гатчинского дворца стал в 1828-м после кончины матери.

Александр II приезжал во дворец редко, останавливаясь лишь на несколько дней, но он внимательно относился к тому, что следовало непременно сделать во дворце и в парках. В 1856-1857 годах была окончательно закончена отделка интерьеров дворца. В 1857 году в Гатчину перевели Императорскую охоту.

При императоре Александре III Гатчинский дворец второй раз становится официальной императорской резиденцией. Семья императора занимала небольшие уютные комнаты в антресольном этаже Арсенального каре. В бельэтаже размещались большие Приемные залы. Александр III обращал особое внимание на состояние парков. Он требовал бережного отношения к старинным постройкам и неукоснительного сохранения их прежнего вида. При нем были капитально отремонтированы многие памятники XVIII века.

20 октября 1894 года в Крыму в Ливадийском дворце скончался император Александр III. Гатчина по-прежнему оставалась милой сердцу вдовствующей императрицы Марии Федоровны. Ежегодно она вместе со своими младшими детьми и внуками проводила здесь несколько месяцев. Последний раз она посетила дворец в июле 1915 года. Больше официальных пребываний императорской фамилии здесь не было.

После Октябрьской революции 1917 года в бывших императорских резиденциях были созданы художественные и историко-бытовые музеи. Гатчинский дворец, более ста лет являвшийся резиденцией российских императоров, обладал богатейшими собраниями художественных ценностей и по праву назывался «пригородным Эрмитажем». Во дворце можно было посетить две экспозиции: интерьеры XVIII века в Центральном корпусе и интерьеры XIX века в Арсенальном каре.

Когда началась Великая Отечественная война, работы по эвакуации музейных ценностей возглавила С. Н. Балаева. Более восьми тысяч экспонатов Гатчинского дворца были отправлены вглубь страны – в Удмуртию, в город Сарапул; почти три тысячи – вывезли на автомашинах в Ленинград, где они находились в Исаакиевском соборе. Всего было эвакуировано 11929 предметов.

Первая воздушная тревога во дворце была объявлена 12 августа в 6 часов 40 минут. 15 августа вблизи дворца упала первая бомба. Вечером 19 августа дворец оказался в зоне артиллерийского обстрела.

Музейные работники впервые попали в Гатчину после оккупации 31 января. Их глазам предстала страшная картина. Во дворце рухнула кровля, сгорели перекрытия и оконные рамы, погибли все плафоны, паркеты и двери наборной работы, в значительной степени была уничтожена внутренняя отделка. Уже в 1944 году были начаты подготовительные работы к восстановлению дворца: закрыты щитами все мраморные и гипсовые барельефы, отдельные декоративные детали, снимались кальки с сохранившихся композиций, делались обмеры, велась фотофиксация, приступили к расчистке завалов.

Жестоким ударом для сотрудников дворца стало решение властей в 1950 году не восстанавливать Гатчинский дворец как музей. Здание было передано Министерству обороны для размещения военного училища, затем здесь располагался научно-исследовательский институт.

Реставрация дворца началась только в 1976 году. Огромное значение для восстановления интерьеров имели архивные документы, фотографии, сделанные до 1941 года, и конечно, акварели Э. П. Гау, выполнившим в 1870-1880-е годы серию работ с видами парадных и жилых интерьеров Гатчинского дворца.

Впервые после Великой Отечественной войны Гатчинский дворец вновь принял посетителей. 8 мая 1985 года были открыты три парадных зала: Аванзал, Мраморная столовая, Тронная Павла I  и выставка на 3-м этаже Центрального корпуса.
В 1993 году была завершена расчистка подземного хода и здесь вновь зазвучало эхо.