Здание «Библиотеки и Кунсткамеры» Санкт-Петербургской Академии наук было заложено в 1718 году. Помимо собственно библиотеки и петровского собрания редкостей оно должно было вмещать знаменитый Готторпский глобус — огромную (более 3 метров в диаметре) модель земного шара, внутри которой располагался планетарий. Глобус, созданный в 1650—1664 годах под руководством Андреаса Буша и Адама Олеария, был подарен Петру I герцогом Голштинским в 1713 году.
По замыслу архитектора Г. И. Маттарнови, Готторпский глобус следовало поместить в центральной башне, объединяющей два симметричных трехэтажных корпуса. Ступенчато поднимавшаяся башня в проекте Маттарнови была исполнена в экспрессивных барочных формах, основывавшихся на контрастном сопоставлении вогнутых и выпуклых поверхностей ярусов. Боковые корпуса имели более скромную отделку, служили своего рода «фоном» для башни.
Маттарнови успел лишь начать кладку стен. После смерти архитектора в 1719 году строительство возглавил Н. Ф. Гербель. Под его руководством уже к 1722 году стены здания были выведены на полную высоту. Гербель внес ряд изменений в проект Маттарнови: он сделал нижнюю часть башни двухэтажной, устроив на первом этаже анатомический театр, увеличил высоту башни на 8,5 метров, а ризалиты боковых корпусов увенчал барочными фронтонами сложной формы. Здание получило типичную для архитектуры петровского времени высокую кровлю с переломом.
Вероятно, из-за просчетов при устройстве нового свода над анатомическим театром в стенах здания появились трещины. В 1724 году Гербель был отстранен от руководства постройкой, а на его место назначен Г. Киавери, который первым делом начал разбирать верхние ярусы башни. В связи с решением об устройстве в здании Кунсткамеры обсерватории, Киавери вновь переработал проект, несколько изменив конфигурацию башни и добавив новый ярус с высоким деревянным шпилем.
Здание было открыто для посетителей в ноябре 1728 года, хотя отделочные работы продолжались еще шесть лет. В 1741 году поднимался вопрос о замене шпиля на центральной башне фонариком, увенчанным моделью небесной сферы. Именно в таком виде здание Кунсткамеры представлено на чертежах 1741 года и гравюрах середины XVIII века.
В 1747 году здание сильно пострадало от пожара. Его восстановление затянулось почти на 20 лет. Работами руководил С. И. Чевакинский, значительно упростивший внешний вид здания. Центральная башня осталась без верхнего яруса. Лишь в 1947—1948 годах башня была реконструирована в соответствии с чертежами XVIII века.
Сама Академия наук с конца 1720-х годов размещалась в бывшем дворце царицы Прасковьи Федоровны — супруги царя Иоанна Алексеевича, брата Петра I. Строительство дворца было начато около 1720 года. Царица скончалась три года спустя, когда здание еще не было достроено. Указом императрицы Екатерины I в 1725 году дворец был передан Академии, в ведении которой он и находился вплоть до 1835 года, когда здание за ветхостью было разобрано, а на его месте выстроен южный пакгауз Биржи (ныне Зоологический музей).
Дворец представлял собой весьма обширное сооружение, не уступавшее по площади Кунсткамере. Его главный фасад, обращенный к Неве, имел три ризалита. Центральный ризалит с высокими окнами был украшен пилястрами, углы боковых ризалитов обработаны рустом. Оконные наличники отличались разнообразием форм. К входным дверям с улицы поднимались три торжественных высоких лестницы.