Здание было возведено в 1722-1725 годах по замыслу Н. Микетти, архитекторами И. Браунштейном и М. Г. Земцовым, придавшими утилитарному строению дворцовые черты. В здании выращивали редкие экзотические цветы и растения, сюда же переносили растения на зимний период. Во время Великой Отечественной войны здание Оранжереи серьезно пострадало, и в 1953—1954 годах было восстановлено в первоначальном виде архитектором В. М. Савковым.
Парки Петергофа по замыслу Петра I украшались экзотическими цветами и растениями, а для сохранения их в холодное время года требовалось специальное помещение, в котором также необходимо было выращивать рассады.
Для выполнения этих целей, в 1722—1725 годах, архитекторами Иоганном Фридрихом Браунштейном и Михаилом Григорьевичем Земцовым, предположительно по замыслу архитектора Николо Микетти (вероятнее всего именно им был составлен план), было возведено существующее зданий Большой Парадной оранжереи. Также в работе над зданием принимал участие скульптор Конрад Оснер.
Здание оранжереи расположено между «Большим каскадом» и «Шахматной горой», в Нижнем парке дворцово-паркового ансамбля «Петергоф». Своим 34-метровым полуциркульным фасадом оно охватывает расположенный к югу, овальный в плане Оранжерейный сад, который противоположной своей стороной упирается в подножие пандуса.
Здание Большой оранжереи расположено таким образом для того чтобы прикрыть сад от холодных ветров с моря. В самом саду раньше росли фруктовые деревья, овощи и ягоды.
Первоначально напротив Оранжереи находился встроенный в склон погреб. Погреб был отделан туфом и украшен балюстрадой. Его основной функцией было хранение цветочных клубней. В 1814 году погреб обвалился из-за ветхости и был разобран. Ниша на месте погреба была засыпана и застлана дерном.
В центре площадки перед зданием Парадной оранжереи расположен Оранжерейный фонтан, также именуемый фонтан «Тритон». Фонтан был установлен здесь в 1726 году и представляет собой чашу бассейна со скульптурной композицией «Тритон, разрывающий пасть морскому чудовищу», созданную скульптором Б.-К. Растрелли. Архитектором фонтана был Т. Усов. Через 150 лет скульптура была обновлена на композицию, выполненную по рисунку Д. Иенсена, её облик значительно отличался от созданного Растрелли. Во время Великой Отечественной войны фонтан серьезно пострадала, а скульптура была утрачена. В 1956 году фонтан и скульптурная группа были воссозданы скульптором А. Гуржием в первоначальном облике по архивным материалам 18 века.
Оранжерея предназначалась для выполнения сугубо утилитарных функций: здесь в зимнее время хранились редкие экзотические растения (померанцевые, лавровые, пальмовые и другие южные растения), которые летом расставлялись в кадках и фигурных керамических горшках, как перед дворцовыми зданиями, так и в парке, в цветники и на террасы.
Развитие паркового хозяйства к середине 18 века вызвало необходимость увеличить площадь павильона, поэтому в 1769 году здание оранжереи было расширено боковыми крыльями — на месте ризалитов были возведены вместительные, остеклённые доверху оранжереи, южные стены которых были полностью выполнены из стекла, а северные не имели окон. Они были предназначены для выращивания цветов и овощей. Затем к одной из них был пристроен «померанцевый лазарет» для ухода за цитрусовыми растениями. Эти пристройки существенно нарушили композиционную целостность и художественную выразительность здания Парадной оранжереи.
В конце 19 века были возведены здания оранжерей на территории Английского парка. В них перенесли большинство садовых и декоративных культур, а в Большой Парадной оранжереи остались только экзотические виды растений.
Во время Великой Отечественной войны здание Оранжереи серьезно пострадало: сгорело в пожаре. В 1953—1954 годах здание было восстановлено. Руководил работами архитектор В. Савков, в основу проекта восстановления были положены сохранившиеся чертежи 1720-х годов (найденные в фондах Государственного Эрмитажа). Вазы были воссозданы по чертежам А. Алымова скульптором А. Гуржием.
Сегодня в здании Парадной оранжереи размещается ресторан, а оранжерейное хозяйство вынесено за пределы Нижнего парка. В саду растут яблони и разбиты цветочные клумбы.
Здание Парадной оранжереи является образцом садово-парковой архитектуры начала 18 столетия. Композиции павильона обусловило устройство сада в парадной части парка. Это невысокое светлое строение с двухэтажной средней частью и полуциркульными боковыми галереями, заканчивающимися небольшими ризалитами — выступами, тянущимися вверх до самой кровли.
Фасад Оранжереи декорирован пилястрами, которые чередуются с мелко остеклёнными окнами. Вдоль балюстрады, обрамляющей высокую кровлю крыши, расставлены 112 декоративных ваз трех видов и размеров.
Высокие полуциркульные окна первого этажа, балюстрады и окна мансарды, украшенные, декоративными вазами придают этой, по сути, хозяйственной постройке, облик дворцового павильона.