Palatul a fost ridicat în 1822 de domnitorul Grigore al IV-lea Ghica, ca reşedinţă de vară, pe locul unde fusese înainte o casă boierească, aparţinând tot familiei Ghica, casă distrusă în 1787-1792, apoi reparată. Cercetările arheologice au arătat că noul palat a preluat într-o bună măsură vechile ziduri de elevaţie ale casei anterioare.

Biserica a fost ctitorită în 1833 de către Grigore al IV-lea Ghica şi este singurul lăcaş de cult realizat în stilul neoclasic italian în Bucureşti. Construcţia a fost realizată prin alipirea a patru nişe circulare, două pentru proscomidion şi diaconion, două pentru scările spre cafas. În axa principală exista un pridvor mic, compus din fronton, rezemat pe coloane realizate în stil doric-toscan. Pictura este bizantino-occidentală, realizată de un pictor italian, Giacometti.
În urma cutremurului din 1940, turla a fost avariată, aşa că a fost demolată şi reconstruită, însă nu au fost păstrate toate detaliile iniţiale. În 1932, familia Ghica a realizat lucrări de restaurare a bisericii, inclusiv de spălare şi restaurare a picturilor. După cutremurul din 1977 au fost necesare noi reparaţii, acestea fiind mult mai amănunţite, deşi biserica nu a fost la fel de avariată precum în urma cutremurului precedent.

A fost surprinsă în cercetări arheologice la o adîncime de 0,80 m traseul unei conducte din tuburi (olane) de circa 0,60 X 0,09 m orientat Sud-Est-Nord-Vest cu o cădere în pantă de circa 4/100. Conducta, plasată direct pe pat semiamenajat din pietriş şi argilă, servea la scurgerea apei din incinta palatului în actualul lac Plumbuita.

Cercetările arheologice din partea de nord-est a palatului au dus la descoperirea unei clădiri dreptunghiulare, a cărei funcţionare a încetat din cauza unui incendiu. Planul construcţiei înscrie un dreptunghi orientat N-S având laturile de 14,90 X 5,00 m. În interior se observă patru travee de aproximativ 3,20 X 5 m fiecare, separate prin arce transversale de 0,60 m lăţime. Suprafaţa rezultată (75 mp) este comparabilă cu alte încăperi (săli de primire şi pivniţe) întâlnite la casele domneşti şi boiereşti din secolul al XVIII-lea.

Fostele chilii ale bisericii, ce o înconjurau în secolul XIX, au fost cercetate arheologic în 1980. Se presupune că au fost distruse într-un incendiu.

Fundaţiile bisericii ctitorite de vistierul Barbu Văcărescu şi soţia sa Ruxandra şi atestată de pisania din 1833 au fost cercetate arheologic în 1980, ele aflându-se între biserica ctitorită de Ghiculeşti şi palat. Despre ea ştim că a fost reparată în 1822.

În jurul bisericii ctitorită de Grigore al IV-lea Ghica se află mormintele familiei Ghica, printre care şi cele aduse de la biserica demolată a fostei Mânăstiri Pantelimon.

A fost descoperit un sistem de canale paralelipipedice ce făceau parte din baia fostei proprietăţi, de cca 40 m lungime. S-a descoperit şi o baie de cca 2,20m x 1,40 m x 0,80 m, executată din cărămizi mici, tencuite cu o peliculă de smalţ roşu ce-i asigura impermeabilizarea.