Thời kỳ vua Ponhea Yat

Vào thời kỳ Angkor, từ năm 802 cho đến đầu thế kỷ 15, kinh đô của ngườI Khmer nằm tại phía bắc của Biển Hồ, ngày nay là tỉnh Siem Riep. Vì cuộc chiến tranh liên miên với người Thái do nằm quá gần về phía biên giới, khiến cho vương triều Angkor suy vong. Trong suốt quá trình lịch sử của mình, nhận thấy kinh đô tại Siêm Riệp là không vững bền, nhà vua Ponhea Yat đã rời bỏ kinh thành Angkor hùng mạnh để thực hiện việc dời đô về Phnom Penh. Lần đầu tiên Phnom Penh được chọn làm kinh đô vào năm 1434 (hoặc 1446) và giữ vai trò kinh đô trong một vài thập kỷ. Năm 1494 kinh đô lại chuyển tới Basan, sau đó chuyển tới Lovek rồi tới Oudong.

Kinh đô không được dời lại Phnom Penh cho tới thế kỷ 19 và không có bằng chứng hay ghi nhận nào về một hoàng cung ở Phnom Penh trước thế kỷ 19.

Thời vua Angchang

Năm 1813 quốc vương Ang Chang (1796-1834) đã xây dựng Banteay Kev (Cung điện Pha Lê) trên vùng đất của hoàng cung ngày nay và ở đó trong thời gian rất ngắn trước khi chuyển tới Oudong. Cung điện Pha Lê bị đốt cháy trong cuộc phá hủy thành phố năm 1834 khi quân Xiêm rút lui khỏi Phnom Penh sau thời gian chiếm đóng.

Thời vua Norodom

Mãi cho tới khi thực dân Pháp xâm lược Campuchia và ép vua Norodom (1834-1904) ký Hiệp ước bảo hộ năm 1863, thủ đô vẫn được đặt tại Oudong, khoảng 45 km về hướng đông nam Phnom Penh. Đầu năm 1863, một cung điện tạm thời đã được xây dựng tại vị trí cách hoàng cung hiện tại khoảng vài trăm mét về hướng Bắc. Hoàng Cung ngày nay được thiết kế bởi kiến trúc sư Neak OkhnaTepnimith Mak và được xây dựng bởi sự bảo trợ của nước Pháp năm 1866.

Cũng trong năm đó, nhà vua rời Oudong (khoảng 45 km về hướng đông nam Phnom Penh) và Phnom Penh lại trở thành kinh đô của đất nước. Mấy thập kỷ sau đó, vài công trình kiến trúc được xây dựng thêm, một vài trong số chúng đã bị phá huỷ và xây mới, bao gồm Điện Chanchaya và Phòng khánh tiết (nơi đặt ngai vàng và là nơi thiết triều của nhà vua). Cung điện hoàng gia chính thức hoàn thành việc xây dựng vào năm 1871 và những bức tường bao quanh được xây năm 1873.

Cung điện hoàng toàn được xây dựng theo môtip kiến trúc truyền thống Campuchia, tuy nhiên trong quần thể kiến trúc này, có một công trình mang đậm kiến trúc châu Âu là Điện Napoleon, một món quà từ nước Pháp năm 1876.

Thời vua Siowath

Quốc vương Sisowath (1904-1927) tiếp tục hoàn thiện và cho xây dựng thêm rất nhiều công trình khác như Đại sảnh Phochani năm 1907, khánh thành năm 1912. Ông tiếp tục cho mở rộng Điện Chanchaya và Phòng khánh tiết vào năm 1913 - 1919. Các công trình do Siowath xây dựng trong thời gian này mang đậm phong cách kiến trúc của người Khmer phối thêm phong cách kiến trúc Tây Âu nhất là phòng khánh tiết.

Thời vua Monivong

Các công trình xây dựng quan trọng tiếp theo được làm vào những năm 1930, dưới thời quốc vương Monivong như xây thêm Điện thờ hoàng cung, Vihear Suor (1930), và phá bỏ và thay thế khu hoàng cung cũ bằng khu cấm thành Khemarin (1931). Sau đó, năm 1953 xây dựng công trình độc đáo Damnak Chan dùng làm nơi làm việc của Hội đồng cao cấp của nhà vua, năm 1956 xây dựng thêm khu biệt thự Kantha Bopha sử dụng cho các vị khách nước ngoài viếng thăm hoàng gia.

Thời kỳ Khmer Đỏ

Từ khi diễn ra đảo chính năm 1970, khi Campuchia trở thành nước cộng hòa, trong suốt thời kỳ chế độ Khmer đỏ (Campuchia Dân chủ 1975-1979) và chế độ cộng sản của những năm 1980 đến tận năm 1993 khi nền quân chủ được lập lại, khu hoàng cung có khi được sử dụng như bảo tàng hoặc bị đóng cửa. Trong thời kỳ cai trị của chế độ Khmer Đỏ, quốc vương Sihanouk và gia đình bị giam lỏng như tù nhân trong khu hoàng cung. Vào giữa những năm 1990 một số toà nhà trong khu hoàng cung được phục chế và tu sửa với sự trợ giúp của quốc tế.