Le palais d’Aix-la-Chapelle était un ensemble de bâtiments résidentiels, politiques et religieux choisi par Charlemagne pour être le centre du pouvoir carolingien. Le palais était situé dans la ville actuelle d’Aix-la-Chapelle qui se trouve à l'ouest de l’Allemagne, dans le Land de Rhénanie-du-Nord-Westphalie. on sait que le gros oeuvre etait terminé en 798 et que la chapelle fut consacrée en 805, mais les travaux continuèrent jusqu’à la mort de Charlemagne en 814. C’est Eudes de Metz qui dessina les plans du palais qui s’inscrivait dans le programme de rénovation du royaume voulue par le souverain. Aujourd’hui, la majeure partie du palais a été détruite, mais il subsiste la chapelle palatine qui est considérée comme l’un des trésors de l’architecture carolingienne ainsi qu'un exemple d’architecture caractéristique de la Renaissance carolingienne.
Dans l’Antiquité, les Romains choisirent le site d’Aix pour ses sources thermales et sa position de poste avancé vers la Germanie. Appelé Aquae Granni, le site fut aménagé avec des thermes sur un espace de 20 hectares qui furent utilisés du Ier au IVe siècle. La cité romaine grandit en liaison avec ces thermes selon un plan en damier classique qui suivait celui d’un camp de légionnaires. Un palais était destiné à accueillir le gouverneur de la province ou l’empereur. Au IVe siècle, la ville et le palais furent détruits par les grandes invasions. Alors que Clovis fit de Paris la capitale du royaume des Francs, le palais d’Aix fut abandonné jusqu’à l'avènement de la famille carolingienne. Les maires du palais pippinides réalisèrent quelques travaux de restauration, mais le palais d’Aix n’était alors qu’une résidence parmi beaucoup d’autres. La cour franque était nomade et les souverains se déplaçaient au gré des circonstances. Vers 765, Pépin le Bref fit ériger un palais sur les restes de l’ancien bâtiment romain ; il fit restaurer les thermes et les débarrassa de ses idoles païennes. Dès son arrivée au pouvoir en 768, Charlemagne séjourna à Aix mais aussi dans d’autres villas d’Austrasie. Dans les années 790 cependant, il décida de se fixer pour gouverner son royaume puis son empire de manière plus efficace.
Le choix d’Aix fut mûrement réfléchi par Charlemagne et intervint à un moment clé de son règne. Depuis son avènement comme roi des Francs, Charlemagne avait mené de nombreuses expéditions militaires qui lui permirent d’enrichir le trésor mais aussi d’agrandir le royaume, notamment vers l’est. Il conquit la Saxe païenne en 772-780, mais la région résista et les guerres contre les Saxons durèrent une trentaine d’années. Charlemagne finit par rompre avec l’usage germanique d’une cour itinérante qui allait de domaine en domaine et se dota d’une véritable capitale. Avec l’âge, il diminua le rythme des expéditions armées et, après 806, il ne quitta pratiquement plus Aix.
La situation géographique d’Aix fut décisive dans le choix de Charlemagne : le lieu se trouvait au cœur des terres carolingiennes, en Austrasie, une région qui restait le berceau de sa famille, à l’est de la Meuse, sur un carrefour de routes terrestres et sur un affluent du Rhin, le Wurm. Ensuite, Charlemagne laissa l’administration des régions méridionales à son fils Louis, nommé roi des Aquitains : il pouvait ainsi résider au nord.
L’installation à Aix permit en outre à Charlemagne de contrôler de près les affaires saxonnes. Charlemagne vit également tous les avantages du lieu : entourée de forêts giboyeuses, il comptait faire des parties de chasse dans les environs. L’âge avançant, l’empereur se réjouissait de pouvoir profiter des sources d’eau chaude d’Aix.
Les lettrés de l’époque carolingienne présentaient Charlemagne comme le « Nouveau Constantin » : dans cette optique, il lui fallait une capitale et un palais dignes de ce nom. Il laissa Rome au pape. La rivalité avec l’empire byzantin poussa Charlemagne a construire un palais somptueux. L’incendie du palais de Worms en 793 fut également un événement qui l’encouragea à réaliser ce projet.
Les historiens ne savent presque rien de l’architecte du palais d’Aix, Eudes de Metz. Son nom apparaît dans un texte d’Eginhard (v. 775-840), le biographe de Charlemagne. On suppose qu’il fut un clerc cultivé, familier des arts libéraux, en particulier du quadrivium. Il a sans doute lu les traités d’architecture de Vitruve.
La décision de construire le palais intervint à la fin des années 780 ou au début des années 790, alors que Charlemagne ne possédait pas encore le titre d’empereur. Le chantier débuta en 794 et se poursuivit pendant plusieurs années. Aix devint rapidement la résidence préférée du souverain. Après 807, il ne s’en absenta presque plus. Faute d’une documentation suffisante, il est impossible de connaître le nombre d’ouvriers employés. Mais les dimensions de l’ensemble palatial permettent d’imaginer qu’ils furent nombreux.
Le plan adopté était d’une grande simplicité géométrique : Eudes de Metz décida de garder le tracé des rues romaines et d’inscrire le palais dans un carré de 360 pieds carolingiens de côté, soit 120 mètres. Le carré délimitait une surface de 20 hectares partagée en quatre par un axe nord-sud (correspondant à une galerie maçonnée) et un axe est-ouest (correspondant à une ancienne voie romaine, le decumanus). Au nord de ce carré se trouvait la salle de l’assemblée, au sud la chapelle palatine. L’architecte a tracé un triangle vers l’est pour raccorder les thermes au complexe palatial. Les deux édifices les mieux connus sont la salle des assemblées (aujourd’hui disparue) et la chapelle palatine, intégrée à la cathédrale. Les autres bâtiments sont mal identifiés : souvent construits à colombages,en bois et en brique, ils ont été détruits. Enfin, le complexe palatial était entouré d’une muraille.
L’installation de la cour à Aix et le chantier de construction du palais ont stimulé l’activité de la ville qui s’est agrandie à la fin du VIIIe et au début du IXe siècle. Des artisans, des commerçants et des marchands s’étaient en effet installés près de la cour. Certains grands logeaient dans leurs résidences en ville. Les membres de l’Académie palatine et les conseillers de Charlemagne tels qu’Eginhard et Angilbert possédaient une maison à proximité du palais.