Esta Real Casa, a diferencia de las "casitas" hechas para el mismo Carlos IV siendo Príncipe, no obedeció a un proyecto arquitectónico coherente y preconcebido, sino que es el resultado de un proceso constructivo de más de diez años. La delicadeza de su diseño no se corresponde con la endeblez de los cimientos y materiales, y con la despreocupación con que se levantaron las partes nuevas sin trabarlas bien con las ya levantadas. Colaboraron en su creación el arquitecto mayor Juan de Villanueva, sus ayudantes Antonio López Aguado y -sobre todo- Isidro González Velázquez, y también el decorador francés J. D. Dugourc. Es difícil definir hasta qué punto la segunda fase constructiva de la Casa es responsabilidad de Velázquez solo o vinculado al maestro, y si Villanueva tiene alguna parte en la decoración de los interiores.
     La construcción de la Casa, iniciada antes de 1791 y concluida en 1803, presenta dos fases claramente diferenciadas. la primera, de la que Villanueva es único autor indiscutible, consistió en levantar un edificio de planta rectangular, el actual cuerpo principal con planta baja principal y ático, sin decoración exterior y con el aparejo de ladrillo y cajas de mampostería visto. Así aparece en las dos vistas de la Casa "tal como se encontraba en 1 798", obra de Isidro González Velázquez. La segunda fase, que se llevó a cabo entre 1799-1800 y se remató con la reforma general de toda la articulación exterior de las superficies en 1803, supuso la construcción de dos alas, formando un patio de honor con dos pórticos de arcos rebajados, en granito, y sendas terrazas sobre ellos. Por el pórtico de la derecha los coches podían salir al otro lado de la Casa, atravesando un zaguán inmediato a la escalera de servicio.
     En esta segunda fase constructiva parece clara la atribución a Villanueva de todo el contenedor arquitectónico, pero no la de la decoración interior, donde, como veremos, debe concederse un papel importante a Dugourc. Por último, la tercera fase constructiva, o colofón de toda la obra, consistió en la remodelación de todo el exterior con rica decoración arquitectónica en escayola aplicada sobre la lisa fábrica de ladrillo y mampostería. El espíritu decorativo del exterior e incluso su fragilidad material aleja esta obra del estilo de Villanueva para aproximarla al de Isidro González Velázquez, quien al año siguiente fue ya nombrado Teniente de Arquitecto Mayor de los Reales Palacios y Casas de Campo. La decoración interior se conserva intacta, pero la deficiente estructura del edificio y la endeblez de su decoración exterior obligaron a dos profundas restauraciones, una en 1903, cuando se recalzaron los cimientos, y otra en 1964-1968, por Ramón Andrada, que sustituyó todas las armaduras de cubierta por armazones metálicos.
     En el Patio de Honor, cuyos pórticos de cantería se estaban construyendo de acuerdo con los diseños de Villanueva en julio de 1800, podemos observar todo el preciosismo decorativo de la ornamentación exterior, llevada a cabo en 1803 como atestigua la inscripción del frontis: almohadillado a base de bandas horizontales en el piso bajo, hornacinas con esculturas y guardapolvos sobre los balcones en el principal y guirnaldas de flores con "putti" en el ático. Pero las superficies que vemos ahora no son ya las originales, pues los yesos llegaron muy maltratados al siglo XX, y fueron sustituidos en piedra falsa chapada por R. Martín Gamo durante la restauración de 1964-1968.
     Las salas de la planta baja fueron pintadas por Japelli durante el reinado de Carlos IV, pero las crecidas del Tajo a finales del siglo XIX y principios del XX motivaron la pérdida de estas decoraciones, y su aspecto actual responde a la restauración de Andrada. Pero las de la planta principal conservan en todo su esplendor y fastuosidad la ornamentación de Carlos IV, a cuya época corresponden todos los elementos, salvo cuando se especifica lo contrario. Las magníficas colgaduras de seda son, en su mejor parte, de Lyon, pero también se colocaron sedas valencianas labradas por la familia Bodoy. Para esta Casa se tejieron en la Real Fábrica riquísimas alfombras, que se conservan en el Palacio Real de Madrid, con motivos "pompeyanos" según diseños de Manuel Pérez.
     En el vestíbulo se conserva una copia dieciochesca en escayola del Cástor y Pólux que estaba en el Palacio de San Ildefonso, y dos bustos de Marte y Minerva procedentes de aquel Palacio, obras romanas del siglo XVII.
     La escalera principal, que se realizó en 1799, es una obra riquísima de mármoles, bronce y caoba. Villanueva hubo de seguir aquí los diseños de Dugourc, que se inspiró en la que Brogniart había realizado en l 787 para el hotel parisino del Príncipe de Masserano, embajador de Carlos IV. El encanto del movimiento que sugieren sus dos tiros semicirculares se disfruta al llegar al rellano principal, cuyos elementos escultóricos se deben a Hermenegildo Silici. Destaca el relieve con los retratos de Carlos y María Luisa sobre la puerta de ingresó a las habitaciones. Los dos bustos de Juno y Amazona proceden también de La Granja.
     De aquí se sale a una de las terrazas que dominan el patio, adornadas con bustos italianos de los siglos XVII y XVIII que siguen modelos clásicos.
     El Salón del Rey, o Sala de Billar, cuya mesa parece ser ya fernandina, tiene la bóveda pintada al fresco por Maella en 1799, con Los cuatro elementos. Destaca la espléndida colgadura tejida en Lyon con vistas de Madrid y los Sitios Reales, curiosísimas, enmarcadas en ornamentación que se inspira en las logge di Raffaello vaticanas, y característica del sutil paso del gusto "etrusco" al Imperio, al igual que la chimenea, de mármol blanco y adornos de cristal pintado y dorado. Todo ello fue diseñado por Dugourc. El gran reloj de caoba, bronces, talla dorada y cristales grabados es obra de Manuel de Rivas, 1804. Él friso, bellamente pintado al temple, es de Manuel Muñoz dé Ugena, como los de todas las demás salas.
     La Galería de Estatuas, diseñada por Dugourc, es una pieza magistral del gusto neoclásico; la completa articulación de sus paredes con orden corintio está realizada en escayola imitando con perfección el mármol. Los relieves escultóricos del friso y las sobrepuertas son de José Ginés. Carlos IV encargó a Cánova unas esculturas que nunca llegaron a ocupar su lugar, en los nichos de las paredes largas. Los bustos de filósofos y escritores griegos fueron de la colección del embajador en Roma, y amigo de Mengs, José Nicolás de Azara, que la legó a Carlos IV. Casi todos proceden de la Villa Adriana en Tívoli, y son en su mayor parte copias romanas de originales griegos. Se colocaron aquí ya en el reinado de Fernando VII, y recargan la decoración y la espaciosidad original de la Sala, al igual que el colosal Reloj de la columna Trajana, obra francesa comprada por Carlos IV a la viuda de Godon en 1803. Las pinturas de la bóveda son de Zacarías González Velázquez y han de fecharse entre 1800 y 1806. Representan la Noche, el Día, el Lucero Matutino, la Vía Láctea, alegorías de la Agricultura, las Artes y la Industria, y en los testeros a Flora y Baco.
     El pavimento de esta habitación ofrece una combinación riquísima de mármoles españoles, obra de los marmolistas del taller de Palacio, bajo la dirección de Lorenzo Poggetti; pero en este caso está enriquecido con seis fragmentos de mosaico romano, procedentes de Mérida.
     La Saleta de la Reina está adornada con una riquísima colgadura de seda realizada en 1803 por el bordador de Cámara del Rey, Juan López de Robredo, con camafeos ovalados, pájaros, grecas, guirnaldas y otros motivos del repertorio herculanense sobre fondo crema. El techo, con Orfeo y Eurídice entre adornos pompeyanos, es de Manuel Pérez.
     La saleta de la terraza hay que limitarse a verla desde la puerta: la colgadura valenciana es de seda lisa con flores pintadas; el techo, por Juan Duque, representa La Agricultura. El tablero de la mesa, de finales del XVIII, constituye un muestrario de mármoles que no parecen españoles.
     La saleta del ángulo, con colgadura de seda lionesa tejida por Pernon, zócalo con mariposas pintadas y techo de Juan Duque, con pájaros orientales y las armas de España, está amueblada con un conjunto de consolas y rinconeras, sobre las cuales hay relojes y jarrones franceses del primer tercio del siglo XIX.
     Saleta de entrada. El techo, de Zacarías González Velázquez, representa en sus tres compartimentos: Apolo y las Musas y los respectivos raptos de Ganímedes y Elena. Colgadura lionesa, de Pernon. Los relojes y jarrones son franceses del primer tercio del XIX.
     Salón de la reina María Luisa. La pintura al fresco en la bóveda, por Maella, representa La Paz y sus beneficios sobre los trabajos humanos en cada una de las cuatro estaciones y data de 1798. El friso tiene paisajes pintados en tondos y medallones sobre lienzo. La fastuosa colgadura tejida en Lyon por Pernon sobre diseños de Dugourc, como la de la Sala de Billar, contiene noventa y tres vistas de Aranjuez, El Escorial y otros lugares de España e Italia; son especialmente curiosas, por lo que se refiere a este Real Sitio, las dos del estanque del Jardín del Príncipe, con el templete chinesco de Villanueva, antes de su destrucción durante la invasión napoleónica. Las cuatro sobrepuertas son composiciones mayores, animadas también por el gusto por la antigüedad clásica. Sobre la chimenea, de mármol de Carrara, el reloj con Ceres es una obra destacada de Godon, relojero de Cámara de Carlos IV, mientras que los demás son ya del primer tercio del XIX. El pavimento, de la época de construcción de la Casa, es de porcelana. Las tres consolas y las doce sillas, según diseños de Dugourc, constituyen su mobiliario original.
     Salón Principal o de Baile, Es el mayor de la Casa, y su suelo tampoco es de mármoles, sino entarimado. La bóveda empezó a pintarla Bayeu pero la acabó Maella, que la firmó en 1792, con El poder de la Monarquía Española en las Cuatro Partes del Mundo, con varias alegorías del Comercio, la Agricultura, la Industria, las Ciencias y las Artes en torno a la figura de España. El mobiliario, con ricas consolas y asientos poblados de leones, es ya del reinado de Fernando VII, salvo el monumental reloj con música de órgano y timbales, realizado entre 1798 y 1804 según diseños de J.B. Ferroni, que es de la época de Carlos IV, como el resto del suntuoso conjunto decorativo. La colgadura de seda tejida en Lyon por Pernon, siempre según los diseños de Dugourc, representa, en color "rojo etrusco" sobre fondo amarillo, motivos pompeyanos tomados de las Antigüedades de Herculano -bailarinas, sátiros danzantes, Júpiter y Juno- alternados de modo que produzcan variedad. Al mismo repertorio corresponden los adornos de la delicada chimenea de mármol con incrustaciones. Los temas clásicos y naturalistas representados en el friso pintado sobre lienzo son de una gran variedad y delicadeza. Las grandes arañas de bronce y cristal, así como los jarrones y relojes son, como es usual, franceses de la época de Fernando VII. Destacan las grandes ánforas de Sévres, con paisajes, que están colocadas sobre pedestales en los ángulos de la Sala. Choca con la unidad decorativa del conjunto el sillón y la mesa de malaquita rusos, de estilo seudobarroco, regalo de boda del zar Alejandro III a Isabel II en 1846.
     El ala oriental de la Casa contiene ocho habitaciones, entre ellas los dos gabinetes más preciosos. Los relojes y las porcelanas adquiridos por Fernando VII son parisinos.
     Primera saleta. Techo pintado por Zacarías González Velázquez: Neptuno, Cupido, Venus y las Gracias, sobre lienzo que figura ser un tapiz. Parte de la serie de Vistas de los Sitios Reales por Fernando Brambilia, relativas a La Granja, Valsaín y Riofrío. Colgadura lionesa de la época de Carlos IV, y mobiliario fernandino.
     Segunda saleta. Bóveda con pinturas de estilo pompeyano por Manuel Pérez.
     Tercera saleta. Bóveda pintada al óleo por Manuel Pérez, con paisajes pastorales con ruinas de acento romántico en las tarjetas octogonales, enmarcados por roleos y otros motivos pompeyanos inspirados en las logge. Estas tres saletas tienen colgaduras valencianas y muebles de la época de Carlos IV.
     Cuarta saleta. Bóveda decorada por Japelli con escenas variopintas: El rapto de las sabanas, Astrónomos, Campesinos Italianos, Vuelo de un globo y Descenso de Lunardi en paracaídas. Los adornos que las enmarcan no son menos heterogéneos, pues en su mayor parte son pompeyanos, pero también hay rasgos goticistas.
     Quinta saleta, o del Cristo. Son de Japelli las pinturas del techo, con temas diversos, de sensibilidad prerromántica y novelesca, enmarcados en ornatos inspirados en las bóvedas romanas de la Domus Aurea. Los cuadros de la serie de Vistas de los Reales Sitios de Brambilla representan fuentes y otros aspectos de La Granja. Colgadura lionesa de Pernon, y muebles según diseños de Dugourc.
     Gabinete de Platino. Es el espacio más rico e importante desde el punto de vista artístico, pues se debe a los arquitectos y decoradores de Napoleón, Percier y Fontaine, que lo publicaron luego en su Recueil de décorations interieures. El encargo se hizo en 1800, estaba en marcha durante 1801-1807, y no se concluyó de montar por completo hasta después de 1808. La boiseríe de caoba, con incrustaciones de bronce dorado y platino, y los espejos intentan crear la ilusión de que este pequeño espacio cuadrado fuese una galería, efecto especialmente logrado en los arcos de los testeros semicirculares, cuyos espejos reduplican la bóveda de cañón. Aquí brilla en toda su pureza y lujo el estilo Imperio. Las pinturas son dignas de su marco, pues las grandes Alegorías de las Cuatro Estaciones y las pequeñas Alegorías del Amor, la Ciencia, la Música, en tondos, son de Girodet. Bajo los espejos, los cuatro paisajes son de Bidaut; y las vistas del Louvre, de Florencia y de Nápoles, de Chébeat.
     El retrete es una obra maestra del estuquista Antonio Marzal, que imitó e incluso superó las obras semejantes de los hermanos Brilli en el Palacio Real de Madrid, siguiendo la maqueta en que Isidro González Velázquez parece atenerse a diseños de J.D. Dugourc. Las pilastras jónicas encuadran paneles ornamentados con tan extremado refinamiento que resulta casi excesivo el carácter preciosista de esta pieza. Quizá su destino como retiro fuese la causa de esta diferencia de tono respecto a la Galería de Estatuas y la escalera, más sobrias y monumentales en sus dimensiones también reducidas. Las pinturas de la bóveda, por Zacarías González Velázquez, contienen obvias alusiones al Aire, la Vigilancia, la Fuerza y el Descanso. El magnífico suelo marmóreo integra fragmentos de mosaico romano. La consola, con fasces y guerreros, es en realidad el modelo de la definitiva, que no llegó a hacerse, en bronce, pero sí las banquetas con cabezas egipcias.
     Sala de Corina, que debe su nombre a la figura de la poetisa griega sobre el reloj francés que hay en el centro. Techo pompeyano, el más digno de atención de los realizados aquí por Manuel Pérez. Los cuadros de la serie Vistas de los Reales Sitios, de Brambilia, representan fuentes y otros aspectos de La Granja. Mobiliario Carlos IV.
     Última saleta, con techo de Juan Duque inspirado en las pinturas romanas de la Domus Aurea, y más cuadros de la misma serie de Brambilia- el friso, como el de la sala anterior, es de estuco, y la colgadura lionesa dé Pernon. A continuación 3e pasa por la primera saleta y el Salón de Baile.
     Sala de la Yeguada, con lienzos de Zacarías González Velázquez que recubren el techo y las paredes, con idéntico sentido de horror al vacío que dictaba la colocación de los tapices en los palacios infernales de El Pardo y El Escorial. Representan paisajes de Aranjuez, con Carlos IV y Godoy cazando, caballos de la Real Yeguada -entre ellos de la extinguida raza "acarnerada"- y otras escenas campestres. El mobiliario sigue diseños de Dugourc.
     La escalera 'de servicio' es la primitiva de la Casa. Las graciosas pinturas murales ilusionistas, con personajes a la moda de la primera década del XIX, son de Zacarías González Velázquez.
     La planta alta tiene cuatro habitaciones pequeñas no visitables con decoración de la época de Carlos IV y Fernando VII, con techos de Juan Duque.