Stadhouder Willem III, achterkleinzoon van Willem van Oranje, kocht in 1684 het middeleeuwse kasteel Het Oude Loo aan, om ernaast een nieuw jachtverblijf op te trekken. Het terrein leent zich bijzonder goed voor een tuinaanleg met waterwerken vanwege de natuurlijke wateraanvoer vanuit de heuvels. De stadsmeestertimmerman van Leiden, Jacobus Roman (1640-1716) die in 1689 hofarchitect zou worden, ontwierp een vierkant hoofdgebouw (corps de logis) in classicistische stijl, met aan weerszijden ervan zijvleugels. Hoofdgebouw en vleugels waren met elkaar verbonden via halfronde colonnades.
Nadat Stadhouder Willem III koning van Engeland was geworden, liet hij het paleis van 1691-1694 uitbreiden met vier paviljoens (een binnen- en een buitenpaviljoen aan weerszijden van het hoofdgebouw) die het hoofdgebouw met de zijvleugels verbonden. De colonnades werden daarbij verplaatst naar de nieuw aangelegde tuin. De paviljoens bevatten de koninklijke appartementen van stadhouder Willem III en Mary Stuart, evenals de eetzaal, paleiskapel en schilderijengalerij. Het interieur werd ontworpen door Daniël Marot. De plafondschilderingen zijn van de hand van Johannes Glauber en Gerard de Lairesse. Dirk Valkenburg werkte volgens Jan van Gool rond 1700 aan de verfraaiing met vogels- of jachttaferelen.
