Церемония открытия и освящения Николаевского дворца состоялась в декабре 1861 года. В Николаевский дворец великий князь переехал вместе со своей супругой — великой княгиней Александрой Петровной — принцессой Ольденбургской (1838—1900) и их первенцем Николаем. Молодая чета до открытия своей резиденции жила в Зимнем дворце.

После смерти великого князя его дети продали дворец в казну за долги и в 1894 году был открыт Ксенинский женский институт имени великой княгини Ксении Александровны, сестры царя Николая II. Работы по переустройству некоторых помещений дворца под нужды учебного заведения исполнили архитекторы Роберт Гедике и Иван Стефаниц. Манеж в саду переделали под спальный корпус, конюшню – под столовую, на первом этаже устроили квартиры классных дам и канцелярию, а в бельэтаже – классы, кабинеты для рукоделия, гимнастики, рисования. Парадные залы оставили без изменений.

В декабре 1917 года Владимир Ленин подписал декрет о передаче здания Ксенинского института Петроградскому Совету профессиональных союзов. У великокняжеского дворца начинается совсем несвойственная для него жизнь, он становится известен как Дворец Труда. Здесь разместились комитеты отраслевых профсоюзов, объединяющие в то время около четырех миллионов членов самой массовой общественной организации в стране.
Весной 1918 года закрывается домовый храм, позже в его помещении была устроена единственная в Ленинграде Галерея фотопортретов Героев Социалистического Труда – лучших тружеников города на Неве и области.
Во время блокады Ленинграда на непродолжительное время Дворец Труда превращается в военный госпиталь. Но уже весной 1942 года дворец вновь обживают профсоюзы, которые активно участвуют в формировании народного ополчения и мобилизации населения на разборы завалов после бомбардировок города и на оборонные работы. После снятия блокады почти сразу в городе начинаются восстановительные работы, организуемые профсоюзами.
В 1999 годы профессиональные союзы передали домовую церковь верующим, и в ней возобновились службы. Из всех святынь, привезенных со Святой земли хозяином дворца, сохранился только мраморный аналой, вырезанный из голгофского камня.
Проходят десятилетия, меняются владельцы, которые бережно хранят творение Андрея Ивановича Штакеншнейдера, а парадные двери Николаевского дворца по-прежнему широко распахнуты для гостей, друзей и соратников. Во дворце проводятся деловые встречи и концерты, экскурсии и праздничные мероприятия для детей и взрослых.