Первый каменный Зимний дворец Петра I на Адмиралтейском острове был построен архитектором Д. Трезини в 1711 году взамен прежних деревянных хорόм. В 1716 году перед этим дворцом вплотную к набережной Невы было начато строительство нового дворца по проекту Г. И. Маттарнови. Возведенное им здание не отличалось роскошью и больше походило на дом богатого горожанина. Обращенный к Неве фасад имел всего восемь осей. Центральный ризалит с рустованным первым этажом был увенчан фронтоном. По сторонам ризалита находились два крыльца.
В 1718—1719 годах вдоль западного фасада дворца был вырыт канал от Невы к Мойке.
После смерти Г. И. Маттарнови в 1719 году дворец был значительно расширен, вероятно, по проекту Д. Трезини. Здание Маттарнови вошло в состав нового сооружения как западный корпус. Точно такой же корпус был построен симметрично ему с востока. Центральная часть дворца была решена как трехпролетная триумфальная арка, украшенная аллегорическими фигурами.
После возведения нового Зимнего дворца Анны Иоанновны прежний дворец потерял свое значение. Под название «старого дворца» он использовался для различных нужд, а в конце XVIII века на его месте был построен Эрмитажный театр Дж. Кваренги, причем часть первоначальных стен была включена в новое здание. В настоящее время сохранившаяся часть дворца реставрирована, здесь размещена экспозиция, посвященная Петру I и его эпохе.