Vivienda unifamiliar que Eusebi Güell encargó a Gaudí tras haber realizado satisfactoriamente los pabellones de la finca Güell. Construido en lo que en aquel entonces era el centro de Barcelona, el edificio sirvió a la familia Güell como residencia y espacio para recepciones. Gaudí elaboró su proyecto para el Palau Güell con una gran meticulosidad, realizó más de veinte estudios de fachadas y varios trabajos preliminares. El edificio fue pensado como una ampliación de otra propiedad de los Güell en la Rambla, con la que llegó a estar conectado. No obstante, el nuevo palacio se convirtió finalmente en primera residencia y símbolo del poder económico y la sensibilidad artística de aquella familia de industriales.
Su construcción empezó en el año 1886, estando ya muy avanzada en 1888, cuando Barcelona celebra su Exposición Universal, circunstancia que permitió albergar en él recepciones oficiales. A pesar de que esta última fecha es la que consta en lo alto de la fachada, se suele considerar que la decoración del edificio no se culminó por completo hasta 1890.
Cabe destacar que el Palau Güell incorpora la utilización del sistema geométrico reglado y presenta influencias de estilo gótico y árabe, según la personal interpretación de Gaudí.
Las dos fachadas del edificio, tanto la principal como la posterior, son de aspecto sobrio y están realizadas con piedra de color gris claro, procedente de las canteras que el propio Eusebi Güell poseía en el macizo del Garraf, al sur de Barcelona. Ambas fachadas tienen tribunas.
En la fachada posterior destacan las persianas venecianas de madera, los elementos cerámicos de gran belleza formal y una pérgola resuelta con mucha originalidad, mientras que en la fachada principal se encuentra un elaborado trabajo de piedra, debajo del que se halla el escudo de Cataluña en hierro forjado.
El escudo está en disposición helicoidal, con bandas decorativas a su alrededor y un yelmo en su parte superior con la representación de un pájaro. A ambos lados de dicho escudo se encuentran las puertas que permiten el acceso al edificio, están resueltas con arcos en catenaria cerrados. Estos arcos comprenden, en su parte superior, unas rejas de hierro forjado con un tímpano de formas onduladas que muestra las iniciales "E" y "G" del propietario.
Al acceder al edificio se constata que la planta es casi cuadrada mientras que los seis niveles están resueltos de diferente forma estructural, de tal manera que todos tienen una distribución distinta. En la planta baja existe la zona de cocheras, realizada en fábrica de ladrillo, que permite bajar al sótano (destinado a cuadra) o subir a la primera planta. La planta superior estaba consagrada a los actos sociales de la familia Güell y destaca la gran sala central, de 81 metros cuadrados y una altura de 17,5 metros. Todo el interior sorprende por la magnífica decoración, el remate de los detalles y la resolución arquitectónica. Gaudí diseñó también para este espacio varias piezas de mobiliario, luces y vitrales. Una capilla está empotrada en la pared de esta sala y, enfrente, una escalera con una celosía de madera de ébano y marfil conduce a las habitaciones de la planta superior.
En este segundo nivel, cuatro tribunas con cerramiento de celosía se abren a la sala central. En las esquinas de dicha sala, cuatro ménsulas soportan unos arcos parabólicos que determinan las secciones verticales del cono central que se eleva por encima de la azotea. Vista desde el interior, esta estructura configura una cúpula con múltiples orificios que permiten la filtración de la claridad, produciéndose un interesante efecto lumínico.
El edificio está rematado por un conjunto de veinte chimeneas y respiraderos, de formas geométricas desiguales, construidos en ladrillo y recubiertos de trencadís cerámico o rebozados, que rodean el espectacular cono que sobresale en la azotea desde la sala central.
En el año 1910, Eusebi Güell abandonó el edificio y se trasladó a vivir al Parc Güell. El Palau Güell pasa entonces a ser ocupado por su hija Mercè, que lo venderá en el año 1945 a la Diputación de Barcelona. Tras albergar durante algunos años el Museo de Arte Escénico de la Diputación, entre 1974 y 1976 se impulsó la restauración de la planta primera, con la finalidad de abrir el edificio al público y perpetuar las memorias de Eusebi Güell y Antoni Gaudí.
En el año 1983 dio comienzo la última restauración general del edificio, dirigida por Antoni González Moreno-Navarro, que finalizó en 1997. El Palau Güell fue declarado Patrimonio Mundial por la UNESCO en 1986.