Palác byl původně postavenarchitektem Jacquesem Lemercierem na žádostkardinála Richelieu roku1622, který chtěl mít sídlo nedalekoLouvru. Tehdy se nazýval Kardinálským palácem. V roce1781 byla stavba kompletně přestavěna a jednotlivé části prodány obchodníkům a podnikatelům, takže z původního paláce zůstalo pouze jihovýchodníkřídloGalerie des Proues.
Po kardinálově smrti roku1642 zdědil palác králLudvík XIII. Od roku1643 po smrti Ludvíka XIII. regentkaAnna Rakouská a její syn mladýLudvík XIV. přesídlili z Louvru do tohoto paláce, který se tak od té doby nazývá královský. V roce1661 Ludvík XIV. opět přesídlil do Louvru a jeho bratrFilip I. Orleánský získal palác pro svou potřebu. V roce1662 palác zdědil jeho synFilip II. Orleánský. PředFrancouzskou revolucí palác získalLudvík Filip II. Orleánský, který jej nechal přestavět po požáru v roce1773. V letech1781–1784 bylo kolem palácové zahrady postaveno asi 60 domů sarkádami, kde se nacházely byty, obchody, sklady, divadla a kavárny. Protože stavba patřilavévodovi z Orléansu, příbuznému krále, neměla sem přístup policie a tak zde existovala určitá svoboda shromažďování.
V roce1636 bylo v přístavbě otevřeno divadlo, kde v letech1660-1673 hrál se svým souboremMolière. Po jeho smrti sloužila budova jako opera a později vyhořela. Na konci18. století byla znovu postavena a od roku1786 zde sídlíComédie-Française.
V době revoluce se Palais Royal stal centrem lidových nepokojů. Řečníci zde hovořili k davu při nepokojích, které předcházelyútoku na Bastillu. 12. července1789Camille Desmoulins kázal přítomným a zval kolemjdoucí, aby nosili jako rozlišovací označení zelený list stromu, který znamená naději. Revolucionářka Anne-Josèphe Théroigne de Méricourt (1762–1817) se zde také objevovala čas od času se svou skupinou žen. V paláci byl v roce1793 bývalým členem pařížské stráže zabit poslanecLouis-Michel Lepeletier de Saint-Fargeau, kterýhlasoval pro smrt krále. V tomto roce se palác stal majetkem státu.
Palác byl vrácen rodině Orléans v roce1814 a zůstal bydlištěm vévodů Orléans až do roku1848. 24. prosince 1814 byl Pierre-François-Léonard Fontaine jmenován architektem orleánského vévody, aby provedl nezbytné úpravy k pohodlnému užívání. Po jmenováníLudvíka Filipa Orleánského francouzským králem byl Palais Royal krátce bydlištěm hlavy státu (od 9. 8.1830 do jeho přesídlení doTuilerijského paláce v září1831). Palác vyplenili rebelové, kteří svrhličervencovou monarchii dne 22. února1848.
Během bojů zaKomuny byl palác v roce1871 poničen. Byl obnoven o dva roky později pro sídlo Státní rady.
V roce1985 ministr kultury Jack Lang vybral umělce Daniela Burena, aby na nádvoří paláce instaloval jedno ze svých uměleckých děl. Jedná se o černobílémramorové sloupy různé výšky, které jsou v noci osvětlené zeleně fluoreskujícím světlem.