کاخ سبز قبل از اضافه شدن به مجموعه سعدآباد ساختمانی نیمه تمام بود که به شخصی به نام علیخان تعلق داشت و تپه‌ای که ساختمان روی آن واقع شده بود، به همین نام معروف بود. رضا شاه، پس از اینکه ساختمان واقع بر این تپه را از علیخان خریداری کرد، کاخ کنونی را بنا نهاد و کار ساخت و تکمیل آن از زمانی که وزیر جنگ بود شروع شد و سرانجام پس از هفت سال، بنای کاخ با تلاش هنرمندان و معماران ایرانی، در دو طبقه (زیر زمین و همکف) آماده شد. رضا شاه از طبقه همکف به عنوان محل زندگی و دفتر کار خود، و از زیر زمین به عنوان انباری استفاده می‌کرد. کاخ سبز در زمان سلطنت محمد رضا شاه به اقامتگاه مهمانان خارجی خصوصی دربار اختصاص یافت و افرادی چون جیمی کارتر، ملک حسین، کنستانتین پادشاه سابق یونان در آن اقامت داشته‌اند. با بازسازی و مرمت کاخ، به کاخ شهوند، معروف شد و پس از پیروزی انقلاب، به کاخ سبز تغییر نام داد.
از نظر بسیاری از صاحب نظران، کاخ سبز یکی از زیباترین کاخ‌های موجود در ایران، است. در میان حیاط مجموعه کاخ سبز، باغچه‌ای بزرگ بر روی محور مرکزی ساختمان قرار دارد که فضای سبز آن به زیبایی تزئین شده است. علاوه بر لوازم اختصاصی رضا شاه و محمدرضا شاه، معماری کل بنا و بخصوص آثار هنری خلق شده توسط هنرمندان ایرانی نظیر تزئینات آینه کاری سقف و دیوار در تالار آینه و گچ‌بری ستونها، خاتم کاری‌ها در اتاق خاتم، فرش ابریشمی ۷۰ متر مربعی تالار اثر استاد عبدالمحمد عمواغلی (به ویژه همخوانی نقش وسط فرش با طرح سقف) و دیوارهای تذهیب کاری شده استاد حسین طاهرزاده بسیار جالب توجه می‌باشند. چشم‌انداز بسیار زیبایی نیز در جبهه جنوبی ساختمان به سمت تهران وجود دارد و مکانی است که بسیاری از بازدیدکنندگان در حیاط جنوبی کاخ با عکس برداری خاطرات سعدآباد خود را ثبت می‌کنند.
1000 تومان (برای دانشجویان نیم بها)