Коломенский дворец впечатлял современников богатством декора. До наших дней дошли акварели, воспоминания очевидцев, сохранились чертежи и рисунки, в том числе выполненные при разборке дворца, инициированной Екатериной Великой.
В 1865–1868 годы по заказу императора Александра II резчик Д.А. Смирнов изготовил деревянную модель в одну сороковую часть от его настоящей величины — сейчас ее можно увидеть в постоянной экспозиции «Вехи истории Коломенского». Весь этот массив материалов был использован для восстановления строения.
Во внешнем и внутреннем убранстве дворца нашла свое отражение эстетика второй половины XVII века. Элементы экстерьера и интерьера нарядно украшены резьбой. Печи декорированы изразцами, созданными на базе тех, которые были найдены в результате археологических раскопок на историческом месте дворца. В воссоздании интерьеров участвовали 226 мастеров 20 специальностей.