Внутри дворец неоднократно перестраивался. От первоначальной планировки остались две параллельные анфилады, но от щедрой барочной отделки Растрелли ничего не сохранилось. Многие крупные архитекторы внесли свой вклад в формирование ансамбля интерьеров. От периода высокого классицизма дошли до наших дней: произведения Л. Руска – Танцевальный зал с ионическими портиками и Большая столовая с парными коринфскими колоннами, рельефами и росписью, а также фрагменты интерьеров К.И. Росси и росписи художника Д.Б. Скотти. В период эклектики оформлением помещений занимались Э.И. Жибер (1865–1866 годы), И.А. Монигетти (1868–1875 годы), М.Е. Месмахер (1886 год). В 1874–1875 годах архитектор К.К. Рахау устроил новый парадный подъезд в виде аркады и над ним – зимний сад с большими окнами. Этот массивный средний ризалит дополнил объемную композицию здания.
С 1866 года здание стало резиденцией великого князя Александра Александровича. Вступив на трон, Александр III по-прежнему предпочитал полюбившийся ему Аничков дворец, где протекали его частная жизнь и государственная деятельность. Тут же прошли детство и юность его сына Николая, с 1894 года – императора Николая II. Здесь он также жил зимой 1894/95 года после бракосочетания с Александрой Федоровной. Последней хозяйкой дворца была мать царя, вдовствующая императрица Мария Федоровна. В 1914 году в дворцовой церкви состоялось бракосочетание племянницы Николая II, великой княжны Ирины Александровны, и князя Ф.Ф. Юсупова.
После Февральской революции 1917 года дворец был национализирован, в нем работало Министерство продовольствия. Осенью 1918 года открылся Музей города – крупнейший научный центр градоведения (он занимал несколько зданий по обоим берегам Фонтанки у Аничкова моста). Директором музея был избран видный архитектор и градостроитель Л.А. Ильин, его заместителем – историк архитектуры В.Я. Курбатов. Во дворце размещались отделы, занимавшиеся архитектурой, строительством и искусством в жизни города, бережно сохранялись исторические интерьеры, проводились выставки и лекции. Но в 1928 году мемориальная экспозиция была ликвидирована, художественно-бытовые коллекции дворца расформированы. К 1935 году музей прекратил свою деятельность. Он стал одним из предшественников Музея истории Санкт-Петербурга, где хранится часть его коллекций.
В 1937 году в Аничковом дворце открылся Дворец пионеров, созданный по идее С.М. Кирова. В 1936–1937 годах здание было реконструировано по проекту архитекторов А.И. Гегелло и Д.Л. Кричевского. Две комнаты расписаны мастерами из Палеха на темы произведений А.С. Пушкина и М. Горького. До 1989 года Дворец пионеров носил имя партийного и государственного деятеля А.А. Жданова, в 1990 году переименован во Дворец творчества юных. Здесь работают разнообразные кружки и секции, коллективы самодеятельности, проводятся праздники, смотры и олимпиады. Для многих поколений детей и юношества дворец стал второй школой, сыграл огромную роль в развитии их интересов и знаний.
Построено по проекту Д. Кваренги в 1803–1805 годах на углу Невского проспекта и набережной Фонтанки, 31, на территории парадного двора Аничкова дворца. Первоначально предназначалось для торговых рядов и частично под жилье. Два Г-образных в плане корпуса соединены со стороны набережной изящной и величественной открытой колоннадой с попарно сгруппированными колоннами. Кваренги смело соединил ионические колонны с дорическим антаблементом, усилив тем самым выразительность ордерной композиции. По первому этажу корпусов проходила открытая аркада. Простенки обработаны трехчетвертными ионическими колоннами, объединяющими оба этажа.