Палац зводився на території потішної фортеці Петерштадт. Обриси фортеці нагадували многоконечную зірку, яку утворювали насипні вали. Фортецю оточував глибокий рів з 3-ма підйомними мостами, на 5-ти її бастіонах були встановлені гармати. Тут розташовувалися будівлі різного призначення: будинок коменданта, казарми для солдатів, будинки для офіцерів і генералів, гауптвахта, арсенал, пороховий льох, невелика лютеранська церква. В центрі фортеці знаходився арсенальный двір, який представляє собою 5-тиугольный плац, на територію якого можна було потрапити крізь в'їзні ворота. На Нижньому ставку стояла флотилія з галер, фрегатів, човнів. Гарнізон фортеці складався з загону солдатів, виписаного з Німеччини.

Поруч з фортецею перебував італійський сад з містками, сходами, терасами, альтанками, каскадами, фонтанами. Всі дерев'яні будови фортеці і саду розібрали на початку XIX століття.

В даний час від Петерштадта збереглися тільки палац Петра III, в'їзні ворота, залишки рову і валів. Від первісної планування парку нічого не залишилося. У 1952-1953 роках ця ділянка піддався реконструкції: навколо палацу з'явилися 3 квітника, нові доріжки, на газонах – мармурова скульптура.

Зовнішній вигляд палацу Петра III підкорює простотою і витонченістю. Своєрідний характер композиції, вишуканість декору, дивно прозорі пропорції дозволяють віднести його до найдосконалішим творів російської архітектури XVIII століття.

В кімнатах першого поверху в XVIII столітті розташовувалися службові кімнати, не мають декору. Зараз у них – експозиція, що розповідає про історії палацово-паркового комплексу міста Ломоносов.

Шість маленьких приміщень другого поверху – Передня, Картинний зал, Буфет, Кабінет, Будуар, Спальня, мають декоративне оформлення в характері по-справжньому палацових кімнат: тонка різьба, чудова ліплення, дивовижні розписи по лаку, тканини, живопис, набірні паркети чудово використані у їх обробці.

Картинний зал – головне приміщення палацу. У XVIII столітті тут в шпалерної розташуванні знаходилося 58 картин. Один від одного вони були відокремлені вузькими посрібленими рамками. Дану шпалерну розвішування створив (за проектом А. Рінальді) архітектор Я. Штелін і художник К. Пфанцельт. Але в 1784 році за наказом Катерини II велика частина картин була передана в Академію мистецтв. Шпалерну розвішування знищили, і відтворена вона була лише в 1961-1962 роках за кресленнями, виявлених в архівах. Тепер стіни Картинного залу прикрашають 63 картини, що представляють живопис західноєвропейських художників XVII-XVIII століть фламандською, італійською, німецькою голландської шкіл.

Розписом по лаку в Картинном залі, Кабінеті і Спальні являють собою унікальний вид обробки. Автор – російський кріпак, "лакирных справ майстром" Федір Власов. Розписи виконані в стилі декоративного китайського мистецтва. 218 композицій – на дверях, панелях, дверних і віконних укосах палацу. Це зворушливі, наївні фантазії на китайські теми, в які російський майстер «вклав» власне відчуття життя далекої й таємничою для нього країни. Лакові розпису і шпалерна розвіска були відреставровані художниками-реставраторами А. Б. Васильєвої, Р. П. Саусеном, Б. Н. Пуговкіним, Б. Н. Косенковым та іншими.

Також привертає увагу і ліпне оздоблення перекриттів палацу. Особливий інтерес викликає збереглася ліпнина Будуара.

В інтер'єрах палацу можна побачити чудові зразки меблів XVIII століття, виконані російськими та західноєвропейськими майстрами, та вироби з порцеляни.

Палац Петра III – перше збереглася до нашого часу будова А. Рінальді. У ньому вже простежуються той творчий характер архітектора, який отримав розвиток у подальших його роботах, які визначили його як чудового майстра стилю раннього класицизму і рококо.