В конце XVIII века дворец был откуплен в казну, некоторое время в нём находился Кабинет Его Императорского Величества, для которого впоследствии на набережной Фонтанки перед дворцом архитектором Кваренги было построено два отдельных корпуса, которые закрыли обзор дворца с Аничкова моста. В 1809 году Александр I подарил дворец своей любимой сестре великой княгине Екатерине Павловне как приданое на свадьбу с принцем Георгом Ольденбургским. Когда в 1816 году та повторно вышла замуж и уехала из России, дворец опять был выкуплен в казну.
В следующем, 1817 году Александр I подарил дворец на бракосочетание своему брату Николаю Павловичу, будущему Николаю I. Реконструировать усадьбу Аничкова дворца поручили председателю Комитета строений и гидравлических работ А. Бетанкуру[2]. К проектированию привлекли архитекторов А. К. Модюи и К. И. Росси, состоявших на службе в Комитете строений.
Весной 1816 года К. Росси получает от Бетанкура предложение реконструировать усадьбу Аничкова дворца. Росси перепланировал некоторые интерьеры дворца и пристроил с юга дугообразный «сервизный корпус». Также Росси разработал около двадцати вариантов генерального плана преобразования усадьбы Аничкова дворца[3]. Однако Александр I утвердил проект представленный А. Модюи. Модюи включил дворец с прилегающим садом в ансамбль площади Александринского театра (ныне площадь Островского): он соорудил ограду вокруг дворцового сада и спроектировал на его западной стороне два одноэтажных павильона [4].
После восшествия на престол и переезда в Зимний дворец Николай переселялся сюда на время поста, здесь же проводились придворные балы. Когда Зимний дворец реконструировался после пожара 1837 года, императорская семья переехала в Аничков и проживала в нём некоторое время. После смерти императора в 1855 году дворец был переименован в «Николаевский», однако название не прижилось. Во дворце воспитывался и сын императора Александр, будущий Александр II, одним из его учителей был друг Пушкина поэт Василий Жуковский, который имел во дворце собственную квартиру. Он же обучал русскому языку императрицу Александру Федоровну. 23 ноября 1836 года на аудиенцию к императору был приглашён Александр Пушкин, от которого Николай потребовал воздержаться от дуэли.
В 1841 году Николай подарил дворец, опять же на свадьбу, сыну Александру, а тот через четверть века – также на свадьбу сыну, будущему Александру III. Опасаясь террористов, Александр III выбрал дворец в качестве своей резиденции. В это время была построена глухая стена со стороны площади. После его смерти дворец служил резиденцией вдовствующей императрицы Марии Федоровны. Интерьеры дворца неоднократно подвергались переделкам в связи с желаниями новых владельцев. В результате обновлений помещений 1870-х годов в библиотеке и «музее» императора Александра III в окнах появились витражи мастерской Владимира Дмитриевича Сверчкова[5].
С конца 19-го века в зданиях дворца действовала школа для детей, родители которых работали при дворце[6].
После революции здесь недолгое время просуществовал музей города, в 1925 году он был закрыт, а 12 февраля 1937 года в этом здании открылся