В июне 1669 года дворцовые иконописцы, живописцы и травщики под наблюдением Симона Ушакова и живописца-армянина Богдана Салтанова, специально вызванного из Персии, «начали писать в хоромах стенное и подволочное письмо по грунтованным полотнам». Целых два года продолжались живописные и золотарные работы водворце, который поражал иностранцев блеском золота и красок, а также узорной резьбой «предивной хитрости, предивной красоты».
Дворец располагался неподалеку от села, на правом берегу Москвы-реки, среди зелени четырех обширных садов. Плодовые сады с яблоневыми и грушевыми деревьями и вишневыми кустами былиогорожены жердями. В этих садах росло и шесть кедров, под одним из которых, по преданию, учился Петр I.
Царский дворец в Коломенском представлял собой целый городок с раскрашенными чешуйчатыми кровлями зданий, с медными блестящими гребнями, с орлами и прапорами на башнях. Витые столбы и позолота волоковых окон, ворот и крылец делали его похожим на «новенькую игрушку, только что вынутую из ящика».
Русский поэт Симеон Полоцкий называл дворец «восьмым чудом света», «Соломоновою прекрасною палатою».
Архитектура Коломенского дворца была исконно русской: своеобразной пестротой своей резьбы, красок и позолоты он соответствовал песенным описаниям древних русских хором. Это был последний памятник старинного русского вкуса, русских понятий об изящности зодчества и русского житья-бытья. Однако вышки, терема, чердаки, громоздящиеся один на другой, отчасти напоминали восточные пагоды, отчасти имели сходство с деревянным дворцом царя гуннов Аттилы.
Коломенский дворец был окружен каменной стеной с пятью воротами. Он был средоточием царски богатого поместья, хозяйственно устроенного. К нему тянулись огромные пойменные покосы, пахотные поля и заповедные рощи: охотники места вокруг Коломенского считали лучшими, особенно для охоты с кречетами и соколами.
Все годы своего царствования Алексей Михайлович постоянно заботился о своем коломенском дворце и украшал его. В 1673 году Петр Высоцкий, часовой мастер Оружейной палаты, сделал часы на дворцовую башню, которая венчала передние ворота, и устроил механику рыкающих львов. Органные мехи устроили в соседнем помещении, а самих львов обшили овчинами. Симеон Полоцкий такописывал их в своих стихах:
Вот таким затейливым образом украсил «тишайший» царь Алексей Михайлович свою летнюю резиденцию. Иноземных гостей в Коломенском поражало необычное для европейской архитектуры многообразие теремов, затейливость крылец, чердаков и внутренних двориков. Все иностранцы стремились сюда, чтобы полюбоваться образцом затейливого русского зодчества.
Деревянный, на каменном фундаменте, дворец состоял из ряда пестрых зданий разного вида и разной величины. Тут были терема и башенки о шести переметах, чешуйчатые бочкообразные кровли зеленого цвета, навесы над крыльцами в виде шатра с витыми столбиками, решетки из причудливо точеных балясин, резные украшения, слюдяные окна с позолотой, расписанные затейливыми изображениями зверей, птиц и растений. Около 3000 слюдяных окон освещали 27 комнат. Цельность всем архитектурным формам, лишенным единого фасада, придавали роспись, резьба по дереву и керамика.
На наружных стенах царских комнат укрепили особые щиты с изображениями четырех частей света. Внутри дворец тоже был украшен очень причудливо: наличники рам оригинальной работы, печи с затейливо изукрашенными изразцами, идущие вдоль стен дубовые лавки и другие лавки, обитые разноцветными тканями.
Перед окнами «царской спальни-кабинета» стоял небольшой каменный «челобитный столб». В определенные часы дня в ящик, прикрепленный к тому столбу, все обиженные и притесняемые отпускали свои челобитные грамоты. И Государь после сам вынимал их, рассматривал и творил суд.
После смерти царя Алексея Михайловича дворец в некоторых частях перестроили в соответствии с пожеланиями нового царя. Так, весной 1681 года царь Федор Алексеевич повелел «отцовскую повалышу разобрать и на том месте поставить столовую». Работы по переделке выполнял крепостной крестьянин С. Дементьев, который между столовой и хоромами построил новые обширные сени с трехъярусными теремами с гульбищами и перилами вокруг них. Кровля столовой была украшена новым яблоком из красной меди — со львом, орлом и единорогом.
Не раз бывал в Коломенском и Петр I, например, после Азовского похода и после Полтавской битвы. Победив шведов, в декабре1709 года русский царь прибыл из Санкт-Петербурга в Коломенское, где у него 18 числа родилась дочь — будущая императрица Елизавета Петровна.
Царь, царица и царские дети жили в отдельных теремах. В самом большом тереме протекала затворническая жизнь Натальи Кирилловны Нарышкиной. Мать Петра I редко покидала свой терем, так как даже за пышными приемами она могла наблюдать только исподволь: присутствовать на приемах царицы не имели права.