Помещения дворца, отделанные архитектором Бренна после воцарения Павла I, отличаются большей парадностью и богатством. Эффектная лепка и роспись, обилие военных мотивов в орнаменте, массивные украшения из резного золочёного дерева должны были придать торжественность парадным приёмным залам. Таковы Верхний вестибюль, залы Войны и Мира, Тронный зал, Кавалерский и ряд других.
После 1800 года архитекторы Воронихин, Кваренги и Росси чрезвычайно обогатили отделку внутренних помещений дворца. Лучшим произведением Кваренги во дворце является Пилястровый кабинет, для которого по его же рисункам было изготовлено и мебельное убранство, дополненное позднее при реставрации дворца мебелью, выполненной по проектам А.Н. Воронихина.
После пожара 1803 года, «случившегося от затления балок около дымохода», для реставрации дворцовых залов центрального корпуса был приглашен Воронихин, имевший уже к тому времени изрядный опыт в отделочных работах, которые он провёл во дворце графа Строганова.
Обладая безошибочным чувством красоты, Воронихин сумел и в Павловске зарекомендовать себя большим мастером. Сохраняя всё лучшее в прежнем, он не боялся внести в отделку и то новое, что делало реставрируемые им залы ещё более совершенными.
Его творческое участие наиболее полно проявилось в восстановлении Итальянского зала, где он отделал заново хоры, и в Греческом зале, где по его проектам выполнены роспись потолка и лепка стен в углах.
Греческий зал.
Перекрытия залов Войны и Мира и лепные полукруглые панно с античными барельефами также принадлежат Воронихину. Надверные украшения Будуара, лепка потолка в Бильярдной и Столовой первого этажа свидетельствуют о том, с каким тактом умел архитектор включать свои композиции в первоначальный замысел Камерона.
Воронихин исполнял также рисунки для внутреннего убранства дворца; по его проектам изготовлена мебель и изделия из бронзы и хрусталя. Воронихинской мебелью были обставлены Новый кабинет, Итальянский и Греческий залы, обе библиотеки северной и южной анфилад, Будуар, Кабинет-фонарик и ряд других залов нижнего этажа.
Крупный вклад в отделку дворцовых залов внёс и другой талантливый русский зодчий — Росси. Во многих залах дворца находилась богатая мебель, исполненная по его замыслу. Им же даны рисунки и для многочисленных фарфоровых ваз и настольных украшений из слоновой кости и янтаря.
После смерти первых владельцев Павловского дворца он перестал быть официальной парадной резиденцией, поэтому в нём наиболее полно сохранилось (без последующих изменений и перемещений) внутреннее убранство залов. Украшавшие Павловский дворец мебель, бронза, хрусталь, фарфор, ткани, изделия из камня и вышивки представляют коллекцию уникальных по своему художественному значению предметов. Предназначенные для залов дворца, они неразрывно были связаны с его архитектурой. Единство предметов убранства с отделкой интерьеров по праву позволяет причислить дворец к совершеннейшим образцам русского архитектурного ансамбля и декоративного искусства. Когда после Великой Октябрьской социалистической революции дворец со всем сохраненным в нём убранством стал достоянием широких масс трудящихся, тысячи экскурсантов ежегодно посещали залы Дворца-музея, знакомясь с творчеством создавших его талантливых зодчих и искусных мастеров-исполнителей.
Здание Дворца-музея, пострадавшее во время Великой Отечественной войны от пожара, не утратило своей художественной ценности. Пожар сильно повредил, но не уничтожил внутреннюю архитектурную отделку залов. Сохранились лепные украшения стен, фрагменты росписей и ряд других деталей, которые в руках опытных реставраторов помогут вернуть дворцу его прежний облик. Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют большое внимание сохранению культурных ценностей. Работы по восстановлению Павловского дворца поручены высококвалифицированным строителям-реставраторам и ведутся под наблюдением Государственной инспекции по охране памятников искусства и архитектуры.
Кавалерский зал после реставрации.
Первым руководителем проекта восстановления художественного ансамбля Дворца-музея после пожара в 1944 году был назначен только что вернувшийся тогда с фронта талантливый советский архитектор и художник Федор Федорович Олейник (1902—1954). Творческая деятельность Ф.Ф. Олейника тесно связана с Павловском и в предвоенные годы: здесь он, будучи ещё студентом, делал многочисленные зарисовки и архитектурные обмеры дворца, тщательно изучал художественные приемы талантливых строителей прошлого. В 1938 году он принял участие в реставрации живописных фресок в Галерее Гонзаго. При составлении проекта восстановления Дворца-музея Ф.Ф. Олейником были использованы сохранённые в его семье за время войны все зарисовки и обмеры архитектурных конструкций и декораций залов, что позволяет с ещё большей достоверностью воспроизводить утраченные после пожара отдельные детали в архитектурном убранстве.
В том же 1944 году командование разрешило находящемуся тогда на военной службе скульптору Р.К. Тауриту заняться консервацией лепки дворца. Там, где не было перекрытий, Роберт Карлович Таурит со своей бригадой строил подмостья, по которым добирался до опалённых огнем фризов и барельефов. Их надо было пропитать специальным скрепляющим раствором, чтобы сохранить для реставрации.
Опытный педагог художественного училища имени В.И. Мухиной Владимир Иванович Большаков привёз своих будущих скульпторов на всё лето в Павловск, чтобы «спасать лепку». Благодаря им в последующие годы скульпторы В.И. Григорьев, В.Г. Мальцева .и Т.И. Шабалкина смогли восстановить весь остальной лепной декор дворца.
В последние годы реставрация ведётся по чертежам и расчётам группы сотрудников института «Ленпроект». Автор проекта архитектор С.В. Попова-Гунич и её помощник архитектор Г.П. Можанская, руководитель проектной мастерской И.Г. Капцюг вложили немало труда и творческой энергии в воссоздание художественного облика дворца.
Восстановительно-реставрационные работы выполняет строительное управление № 1 ленинградского треста «Фасадремстрой». Инженеры М.М. Антипов, А.В. Дубицкий, М.Б. Беленький и руководители работ на самой стройке дворца О. . Гендельман и Н.Д. Щетинин решают сложные задачи при восполнении утраченных конструкций здания и реставрации его отделки.
Первыми залами, открытыми для посетителей в 1956 году, были помещения Южного служебного корпуса, где находились сохранённые в период Великой Отечественной войны музейные ценности. Это была выставка художественного убранства Павловского дворца. К празднованию 250-летия Ленинграда летом 1957 года была открыта другая выставка, построенная главным образом на материалах истории развития художественного ансамбля Павловска. В это время многие из находившихся на первой выставке предметов заняли свои первоначальные места в восстановленных помещениях — Церковном, Южном квадратном корпусах, в Южном полуциркуле и частично в залах главного корпуса. С их осмотра и начинается теперь музейная экскурсия.
Экспозиция в бывшей дворцовой церкви знакомит с проводимыми в настоящее время во дворце восстановительными работами, а также с историей создания художественного ансамбля Павловска и его архитекторами (на материалах подлинных гравюр, картин, рисунков и чертежей). На документальных фотографиях видно, как сильно были разрушены фашистскими оккупантами залы дворца. Пройдя потом по восстановленным помещениям, можно увидеть, что сделано реставраторами и строителями.
Третий проходной кабинет после реставрации.