Le pavillon royal fut édifié sur une esplanade. Le grand salon à l'italienne (de forme octogonale), haut de près de 15 mètres, était desservi par quatre vestibules. Entre chaque vestibule, donc aux angles du pavillon, se trouvaient les appartements de la famille royale : ceux du Roi, de la Reine, de Monsieur frère du Roi et de son épouse, la princesse Palatine. L'appartement du Roi était orienté vers le château de Saint-Germain-en-Laye, lieu de sa naissance.
De part et d'autre du grand miroir, alignés par six, étaient répartis les pavillons des invités, au nombre de douze. En 1688 l'un des pavillons est transformé en Pavillon des Bains et en 1703 deux autres sont réaménagés pour accueillir les deux célèbres globes de Coronelli représentant la terre et l'autre le ciel au jour de la naissance de Louis XIV.
Par souci d'économie l'ensemble des bâtiments étaient peints a fresco en trompe-l'œil sous la direction de Charles Le Brun. Trophées, bas-reliefs et pilastres artificiels animaient les façades.