巴甫洛夫斯克宫建在缓慢的山冈上，即使从公园最远的角落里也可以看见。它的建筑风格取自流行的意大利平顶郊外别墅，但是总体结构卡梅隆决定按照俄罗斯庄园的样式：紧挨着中心的三层主楼建造了露天柱廊。
中央楼体的屋顶由64根柱子支撑。白色的柱子、雕刻摆设和浮雕与平滑的赭色墙壁结合得很和谐。前厅装饰有埃及塑像和带黄道十二宫标志的圆形装饰。
宫殿正厅有个意大利厅，它的墙壁装上了粉红色的人造大理石。和友谊神殿一样，这个厅也没有窗户：光线从屋顶中心的孔隙射进来。大厅壁龛里的古代塑像在柔和光线平缓地照射下，已经发白。
意大利厅周围是宫殿其余的墙壁，这使宫殿显现出一种惊人的统一。希腊厅很像列柱廊，里面是绿色人造大理石制作的科林斯石柱廊。柱子中间，是个长长的链条形的浅色大理石吊灯，装饰有镀金铜饰。
除了对宫殿进行艺术装修外，卡梅隆还使用了实用装饰艺术。他坚持让宫殿的主人在紧张的工期内去欧洲旅行，要在法国买家具和制作帷幔的丝绸布匹，在意大利买真正的古玩和大理石壁炉。他的大部分要求都得到了满足。
但是，只有舞厅、白色饭厅、旧客厅和台球室是完全按照卡梅隆的意图建造的。装修中采用了镜子和细致的雕刻装饰，因此这些大厅的装饰都很考究，颜色搭配也极其雅致。在对自己所喜爱的装饰主题——蕃叶草、风格独特的常春藤——进行变换的同时，他把它们不断地重复用在墙壁、天花板、门和窗孔的雕刻装饰中。
宫殿是在皇室挑剔的监督下进行的，他们不断地对建筑方案进行修改(尤其是玛丽亚·费多罗芙娜)，并要求绝对执行。“固执”的卡梅隆坚持自己的创作自由，因此，他被解除了总设计师的职务。
宫殿转而由卡梅隆的助手布雷恩负责，而布雷恩在随后的几年里继续对宫殿大厅进行装饰。1796年，已经称帝的巴维尔一世让布雷恩负责宫殿的改造。
布雷恩给正方形的宫殿建造了柱廊，紧挨着它们还建造了对称的半圆形厢房。他用皇帝姓名花体字、皇冠、国徽、盔甲做成的钢构件对这些建筑进行了豪华的装饰。尽显奢华的意图也体现在装修内室，尤其是举行正式招待会的房间上。为此要对一些老房间进行重新设计和装修。新房间被布雷恩建造得宽敞隆重——有画廊、大正厅饭堂、乐队室，并把它们用穿廊书房与中心楼联系起来。
