В XVIII веке на месте Михайловского замка располагался Летний дворец Елизаветы Петровны, построенный Ф. Б. Растрелли. Здесь родился Павел Петрович, будущий император Павел I.

В первый же месяц царствования Павла I 28 ноября 1796 года вышел указ: "для постоянного государева проживания строить с поспешанием новый неприступный дворец-замок. Стоять ему на месте обветшалого Летнего дома". Император опасался новых дворцовых переворотов, потому не желал жить в Зимнем дворце. Он предпочёл жить на том месте, где родился. Для укрепления веры в необходимость данного шага был пущен слух. Будто солдату, стоявшему ночью на часах в Летнем дворце, явился юноша, окружённый сиянием. Юноша сказал часовому: "Иди к императору и передай мою волю - дабы на этом месте был воздвигнут храм и дом во имя архистратига Михаила". Солдат, сменившись с поста, сообщил о происшествии начальству, потом императору. Так якобы и было принято решение о строительстве нового дворца, так было дано ему имя - Михайловский.


Наблюдение за строительством Павлом I было поручено Василию Ивановичу Баженову, наставнику императора в архитектуре. План будущего строения нарисовал сам Павел. 4 марта 1797 года объявлено новое решение: "Строение Михайловского нашего дворца поручить беспосредственно нашему архитектору коллежскому советнику Бренне". Винченцо Бренна жил в это время в одном из домов католической церкви Святой Екатерины, здесь и был составлен окончательный проект здания. Кроме проекта дворца, Бренна создал проект обустройства окружающего его пространства: площади перед замком, манежа, конюшен и кордегардий. В помощниках архитектора числились Фёдор Свиньин и Карл Росси. С их помощью были составлены чертежи и переданы императору с обращением: "Ваше Величество. Спроектированные Вашим Императорским Величеством планы и чертежи Михайловского дворца я привёл в порядок согласно основам и правилам искусства..."


Павел I торопил и ускорял строительство. В этих целях Винченцо Бренна получил чин статского советника, ему в помощь направлены Чарльз Камерон и Джакомо Кваренги. Кроме того, вместе с Бренной работали Е. Соколов, И. Гирш и Г. Пильников. Для ускорения работ сюда были переброшены строительные материалы, предназначенные для других строек: декоративный камень, колонны, фризы и скульптуры из Царского Села и Академии художеств; со стройки Исаакиевского собора - фриз, который поместили над главными воротами; из Таврического дворца - наборный паркет. На этом фризе расположена надпись: "ДОМУ ТВОЕМУ ПОДОБАЕТЪ СВЯТЫНЯ ГОСПОДНЯ ВЪ ДОЛГОТУ ДНЕЙ". Существует легенда, что смерть Павла I была предсказана, якобы количество лет императора будет равно количеству букв в тексте этого изречения. Было предсказание или нет - сказать точно невозможно, но факт совпадения налицо.


Пространство вокруг дворца было коренным образом преобразовано. Подход к зданию начинался от Итальянской улицы через тройные полуциркульные ворота, средний проезд которых предназначался только для членов императорской семьи. За воротами находилась широкая прямая аллея. По сторонам аллеи расположились здания конюшен и манежа (экзерциргауз). Аллея заканчивалась у трёхэтажных павильонов (кордегардий), за которыми начинались предзамковые укрепления. Площадь Коннетабля окружалась широким рвом, через который был переброшен деревянный подъёмный мост. По обеим сторонам моста были размещены пушки. В центре площади - памятник Петру I. За памятником - ров и три моста. Средний мост предназначался только для императорской семьи и иностранных послов. Он вёл к главному входу.

1 февраля 1801 года царская семья переехала в Михайловский замок. Всего через 40 дней (в ночь с 11 на 12 марта 1801 года) император был убит именно здесь.


В 1819 году Михайловский замок был передан Главному инженерному училищу. Отсюда его второе название. С февраля 1823 года замок официально носит название "Инженерный". В 1820 году Карл Росси перепланировал территорию вокруг замка, каналы были засыпаны.

В 1991 году треть помещений замка выкупает Русский музей, в 1995 году музей его выкупает полностью. В настоящее время в залах открыты постоянные экспозиции. К 300-летнему юбилею Санкт-Петербурга были реконструированы и открыты Воскресенский канал и Трёхпролётный мост.