При пожаре 1668 году Палаты сильно пострадали. Настоятель сообщал царю Алексею Михайловичу, что Государевы палаты не устояли против огня, а сам монастырь почти совершенно выгорел. Восстановлением монастыря занялись Милославские – родственники царицы Марьи Ильиничны. Особенно активную деятельность развил боярин Иван Михайлович. Позднее именно он станет зачинщиком Стрелецкого бунта. На его средства в монастыре был заложен новый храм, ставший самым большим храмом в Китай-городе и в Зарядье. Возводили собор мастера из Костромы Фёдор Григорьев и Григорий Анисимов. Внешние фасады храма были выполнены в русских традициях, а внутри пятиглавый храм был бесстолпным – его своды опирались на мощные стены. При возведении собора были использованы некоторые строительные хитрости, чтобы уменьшить нагрузку на несущие стены, ведь свод храма не поддерживали традиционные столпы.
Старые же Государевы палаты, обгоревшие в пожаре, были разобраны по «погребной свод» (подклет).
На этой сохранившейся белокаменной основе XVI века мастер Мелетий Алексеев «со товарищи» соорудил в камне новые Палаты. Необычным в этом здании стало то, что оно построено на перепаде рельефа, причём его нижняя часть (подклет) сложена из белого камня, надстроенный второй этаж кирпичный, а верх – деревянный.
В живописном сложном здании различалось множество архитектурных приёмов, начиная от нижнего яруса, живописно украшенного квадратами бриллиантового руста.
Во вновь отстроенных палатах обустроили игуменские кельи. Затем здание перешло в статус «казённых келий», где разместилось управление монастыря. Там же хранились монастырские документы и реликвии. Здесь же находилась и Библия 1663 года – первое московское издание этой книги.
В дальнейшем, до 1856 года, «казённые кельи» сдавались в аренду разным лицам. В 1857 году по указу императора Александра II здание стало реставрироваться для организации в нём музея. Работы велись под руководством специально для того созданной комиссии. К этому времени на волне интереса к отечественной истории стала популярной легенда, что Палаты были местом рождения царя Михаила Романова.
В отреставрированном здании в 1859 году был открыт музей «Дом бояр Романовых». По замыслу основателей, музей должен был воссоздать бытовую обстановку предков русского царя.
Музей состоял и состоит до сих пор из трёх разновременных частей: боярской кладовой XVI века, монашеских келий XVII века и музейной надстройки XIX века. Но, несмотря на эту разновремённость архитектуры, здание и по своему внешнему виду, и по внутреннему устройству достаточно полно характеризует русское жилье XVII века, являясь подлинной основой для демонстрации старого русского быта. Несмотря на наличие надстройки XIX века, здание не утратило значимости исторического памятника.
Палаты сохранили тип русской избы, состоящей из «клети» (жилого помещения) и «подклета» (подсобного