Das an der Straße von Berlin nach Potsdam gelegene Glienicker Gut hat 1814 Staatskanzler Karl August Fürst von Hardenberg erworben. Er ließ das Areal durch Peter Joseph Lenné landschaftlich aufwerten, der 1816 Peter Joseph Lenné einen Pleasureground nach englischem Vorbild entwarf. Er war der erste dieser Art in Preußen und grenzte an das Herrenhaus an. Nachdem Prinz Carl, der dritte Sohn König Friedrich Wilhelms III., 1824 das Gut erworben hatte, wurde noch im selben Jahr von Karl Friedrich Schinkel das oberhalb des Havelufers gelegene Billardhaus in ein Casino umgebaut und die Gartengestaltung durch Lenné weiter vorangetrieben. 1825-28 wandelte Schinkel das alte Herrenhaus im Stil einer italienischen Villa mit Kavalierflügel um. Das Innere war dem Klassizismus verpflichtet und ging ebenfalls auf Schinkels Entwürfe zurück. Die Fassade war mit zahlreichen antiken Spolien (Teile älterer Bauten) bestückt, die Prinz Carl auf seinen Reisen nach Italien erworben hatte.
Auch in den 1830er Jahren war Schinkel in Glienicke tätig. Die 1837 errichtete Große Neugierde, einer der Aussicht zur Glienicker Brücke dienenden Rotunde (kreisförmiger Baukörper), und die aus derselben Zeit stammende Löwenfontäne gehen auf seine Entwürfe zurück. Nach dem Tod Schinkels wurde das Schloss durch seinen Schüler Ludwig Persius um ein Geschoss aufgestockt sowie der Portikus am Eingang (offene Vorhalle) und der mit Reliefs reich verzierte Balkon der Südfassade hinzugefügt. Unweit der Löwenfontäne wurde 1842 ein Stibadium (halbrunde, überdachte Sitzbank) mit einer das Dach tragenden Karyatide (Gebälkträgerin) von Persius errichte.
Auch die 1838 geschaffene, einen künstlichen Wasserfall überspannende hölzerne Ruine der Teufelsbrücke sowie das 1838-39 erbauten Gärtner- und das Maschinenhaus, die Orangerie, die Treibhäuser und das Matrosenhaus im Schweizer Stil entstammen seiner Feder. Als Persius 1845 starb, führte Ferdinand von Arnim die Bauausführungen fort. Auf ihn gehen das Pförtnerhaus von 1848-49 und das Johannitertor von 1862 zurück, das den Zugang von der Königstraße in den Park bildet.
In der Zeit des Nationalsozialismus gingen Park und Schloss in den Besitz der Stadt Berlin über. Damals wurde auch die hölzerne Ausführung der Teufelsbrücke durch eine aus Stein ersetzt.
In der Nachkriegszeit erfuhren Schloss und Park größere Veränderungen, wobei Pleasureground und Wegenetz weitgehend beseitigt wurden. Als kurz nach Einführung des Berliner Denkmalschutzgesetzes 1977 Restaurierungsarbeiten begannen, galt der 1850 erreichte historische Zustand als konservatorisch verbindliche Grundlage. Gartendenkmalpflegerisches Ziel war es, die Sichtbeziehungen nach Potsdam, nach Babelsberg, nach Sacrow und zur Pfaueninsel wiederherzustellen und den Pleasureground wieder mit den ehemaligen Gestaltungselementen – Bildwerken, Blumenbeeten und Sitzplätzen – und mit dem ursprünglichen Wegenetz auszustatten. 1999 wurde ein Parkpflegewerk erarbeitet, das die kontinuierliche Pflege des gesamten Parks gewährleistet.
Von der ursprünglichen inneren Ausstattung des Schlosses sind heute lediglich Fragmente erhalten. Das Gebäude selbst beherbergt seit 2006 das Hofgärtnermuseum, das auch eine Galerie der preußischen Hofgärtner umfasst.
