كاخ موزه سعدآباد در دامنه البرز، بین میدان تجریش و دربند، در ضلع جنوبی میدان دربند ساخته شده است و از شرق به خیابان دربند، از غرب به سعدآباد و زعفرانیه و از جنوب به نظامیه منتهی می‌شود.
مساحت فعلی سعدآباد در حدود 400 هكتار است. ساخت آن به درخواست رضا شاه پهلوی به منظور تهیه محلی ییلاقی برای خود انجام گرفت. امیر لشكر خدایار باغ بزرگی را در كرج برای این امر در نظر گرفت و قرار شد فردی به نام كشتكار از سوی رضا شاه باغ را رؤیت كند. اما این فرد به شاه پیشنهاد كرد تا ییلاق سعدآباد را خریداری كند. در آن زمان اراضی سعدآباد متعلق به سردار اعظم بود. حدود 4000 مترمربع مساحت و دو عمارت بیرونی و اندرونی داشت كه توسط رضا رفیع برای رضا شاه خریداری شد.
بعد از خریداری سعدآباد از سردار اعظم، تپه علی‌خان والی نیز از پدر سرتیپ والی به مبلغ 7000 تومان خریداری و سپس كاخ شهوند (سبز) بر آن بنا شد. بعد از مدتی باغ‌های نیمه ویران دیگری، توسط افراد رضا خان از صاحبان آن‌ها خریداری و به تپه علی خان وصل شدند و به تدریج باغ سعدآباد فعلی به وجود آمد. در باغ سعدآباد، در مجموع 14 كاخ ساخته شده است. از این میان، پنج كاخ، بزرگ و بقیه به نسبت كوچك‌تر هستند. قدیمی‌ترین آن‌ها كاخ شهوند و بزرگ‌ترین آن‌ها كاخ سفید است. كاخ سعدآباد دارای 180 هكتار جنگل طبیعی، چشمه سارها، باغستان، گل‌خانه و ... است.
نگارخانه‌های موجود در كاخ سعدآباد بیش‌تر در كاخ‌های اختصاصی فرزندان محمدرضا شاه احداث شده و معماری آن‌ها به سبك بناهای امروزی است.
كاخ دو طبقه شهوند تنها كاخی است كه نمای آن به طور كامل از بیرون پیدا است. این كاخ در زمان سردار سپهی، در دامنه كمیز دره، روی تپه علی‌خان والی ساخته شد. ساخت این كاخ در 1301 ش شروع شد و در 1307 به پایان رسید. استاد جعفر كاشانی طراح و معمار كاخ بوده و در تزیین آن از هنرمندان و استادان ایرانی بهره گرفته شده است. طبقه زیرین آن شامل چند زیر زمین و طبقه بالای آن دارای یك سالن بزرگ آینه كاری است. آینه كاری را جعفرخان معمار انجام داده است. آن‌چه از شاه در این سالن به جا مانده یك میز و صندلی و زیر سیگاری او است. طرف راست سالن آینه دو اتاق وجوددارد كه یكی از آن‌ها اتاق كار بوده است. دیوار اتاق یك متر ازاره خاتم كاری دارد كه از جمله زیباترین خاتم كاری‌های جهان محسوب می‌شود. بالای خاتم كاری قطعه نقاشی‌ای با رنگ و روغن دیده می‌شود. اتاق طرف راست نیز اتاق انتظار است.
سمت چپ سالن نیز دو اتاق است كه مقرنس و آینه كاری‌های آن در منتهای ظرافت انجام گرفته است. سنگ‌های بنای كاخ شهوند از زنجان و سنگ‌های ستون‌ها و مجسمه شیر و نیمكت‌ها، از خراسان فراهم شده است.
گفته می‌شود پیمان سعدآباد كه ایران مبتكر آن بوده است، در 17 تیر 1316 ش، با حضور وزرای امور خارجه ایران، تركیه، عراق و افغانستان در محل كاخ شهوند در 10 ماده تنظیم شد و به امضا رسید.
یكی از ساختمان‌هایی كه با دیواركشی از سعدآباد جدا شده كاخ معروف به احمد شاهی است. از پیشینه كاخ احمدشاهی كسی اطلاع درستی ندارد. در اوایل انقلاب، این كاخ به عنوان مكان تاریخی به ثبت رسید. در حال حاضر نیروهای مركز آموزش علوم و فنون الزهرا در آن ساكن هستند.
كاخ سفید، بزرگ‌ترین كاخ مجموعه، مخصوص پذیرایی از میهمانان خارجی است. رضا شاه كاخ سفید را برای ایام تابستان، جهت پذیرایی از میهمانان رسمی خود در نظر گرفته بود. در ساختن این كاخ نظر محمدرضا شاه بسیار مؤثر بود. به عنوان مثال یكی از ستون‌ها به دستور او سه بار خراب شد تا عاقبت با طرح او هماهنگی پیدا كرد.
این كاخ دو طبقه است. طبقه اول شامل سرسرایی در وسط و اتاق‌های متعدد و یك سالن بزرگ است. طبقه دوم نیز مانند طبقه اول طراحی شده است. دیوارهای اتاق‌ها و سربخاری‌ها از سنگ‌هایی با نقش‌های طبیعی است كه در برش و صیقلی كردن آن‌ها دقت فراوانی به كار رفته است. سنگ‌های بنای كاخ را از یزد، تفرش و خراسان، و سنگ سفید نمای خارج آن را از ولیآباد آورده‌اند.
كاخ دیگر مجموعه كاخ محمدرضا شاه است كه به سبك بناهای تازه ساخته شده و طرح آن با كاخ شهوند و كاخ سفید، كه روح ایرانی بر آن‌ها حاكم است، اختلاف دارد.
كاخ همسر رضا شاه از جمله كاخ‌هایی است كه بازدید آن تنها در 22 بهمن، سال روز پیروزی انقلاب برای عموم آزاداست.
موزه‌های موجود در كاخ سعدآباد عبارتند از: موزه نگارگری استاد فرشچیان، موزه جهان‌گردی برادران امیدوار، موزه مینیاتور بهزاد، موزه آبكار، موزه پژوهشی مردم شناسی، موزه هنرهای زیبا، موزه هنر ملل و موزه خط و كتاب میرعماد..