• 1554 - Silna eksplozja wywołana uderzeniem pioruna w kościół franciszkanów spowodowała eksplozję prochu, który został tam zdeponowany. W wyniku tej eksplozji płomienie zniszczyły wiele domów w tym ratusz miejski. Prace nad odbudową miasta trwały ponad dwadzieścia lat, a przy okazji namiestnik Niderlandów Hiszpańskich zlecił budowę nowego ratusza.
• 1572-1574 - Dzisiejszy pałac został wybudowany w stylu renesansowym jako ratusz miejski.
• 1683 - Budynek został odnowiony.
• 1684 - Podczas oblężenia Luksemburga piwnice obiektu pełniły rolę schronu, a sam budynek doznał poważnych zniszczeń.
• 1713 - Luksemburg stał się własnością austriacką. W związku z poprawą sytuacji finansowej miasta w 1728r. przeprowadzono prace remontowe.
• 1741-1743 - Na prawo od najstarszej części wzniesiono dobudówkę w stylu barokowym, zwaną "Równowaga" (Balance), a ratusz stał się siedzibą Trójstanu.
• 1795 - Po przejęciu Luksemburga przez Francuzów budynek pełnił funkcję siedziby Prefektury Departamentu Leśnictwa.
• 1814 - Luksemburg, który stał się Wielkim Księstwem, został osobiście powierzony królowi Niderlandów i jego następcom.
• 1815 - Obiekt stał się budynkiem administracyjnym o wszechstronnym przeznaczeniu: siedzibą komisji rządowej (fr. Hôtel de Gouvernement), gdzie mieszkał i pracował namiestnik królewski, a następnie do 1867r. siedzibą rządu.
• 1825-1860 - Dokonano szeregu prac, znacznie powiększając pałac.
• XIXw. - Pałac był zamieszkany przez wielkich księciów, choć nie wszyscy mieszkali w nim na stałe, niektórzy sporadycznie.
• 1857 - Na II piętro przeniesiono Radę Państwa, wprowadzoną konstytucją luksemburską z 1856r. Na tym samym piętrze mieściły się także zbiory archeologiczne.
• 1858-1859 - Dzięki zakupom okolicznych domów, wybudowano po prawej stronie przylegającą do pałacu dobudówkę (lb. Chambersgebai, fr. Hôtel de la Chambre), która stała się siedzibą obrad parlamentu, przekształconego w 1857r. w sejm państwowy. Wcześniej parlament nie miał regularnego miejsca posiedzeń, obradując zazwyczaj w budynku pałacu/ratusza (1848-1858), ale też w szkole podstawowej w Ettelbruck na północy kraju.
• 1890 - Po zerwaniu unii personalnej Luksemburga z Holandią i wstąpieniu na tron luksemburski dynastii Nassau-Weilburg, pałac stał się rezydencją wielkich książąt Luksemburga. Z budynku wyprowadzono ostatecznie zbiory archeologiczne i wszelkie instytucje do ich własnych siedzib.
• 1890-1894 - Dokonano gruntownej przebudowy i rozbudowy obiektu, również budynku parlamentu, podłączono elektryczność.
• 1940-1944 - Niemcy przekształcili pałac w karczmę zwaną Tawerną Zamkową (niem. Schlossschenke) i organizowali w nim koncerty. Dokonano wówczas zniszczeń i rozkradziono dzieła sztuki oraz kosztowności.
• 1940-1944 - Budynek parlamentu zamieniono na siedzibę luksemburskiego oddziału Biura Propagandy Gau (niem. Gaupropagandaamt). Z budynku usunięto symbole Luksemburga i wywieszono flagi ze swastyką. Balkon udekorowano dużym napisem "Powrót do domu w Rzeszy" (niem. Heim ins Reich, przesiedlenia ludności pochodzenia niemieckiego). Z powodu zagrożenia bombardowaniami piwnice zamieniono na schron.
• 1944 - Pierwsza sesja parlamentu po wyzwoleniu z okupacji miała miejsce 6 grudnia 1944r.
• 1945 - Symboliczną manifestacją powrotu pałacu w ręce Luksemburczyków było powitanie wielkiej księżnej Szarlotty 14 kwietnia 1945r.
• 1964 - Przeprowadzono częściowy remont pałacu.
• 1985 - Przeprowadzono prace remontowe budynku parlamentu.
• 1992-1996 - Przeprowadzono generalny remont wnętrza i elewacji pałacu, który przywrócił mu pierwotny blask.
• 1997-1999 - Przeprowadzono generalny remont budynku parlamentu i rozbudowano go, aby pomieścić publiczność. Zniszczony drewniany wystrój został zastąpiony replikami w oryginalnym stylu. Dobudówka, przeznaczona dla publiczności i pełniąca funkcje pomocnicze, została zbudowana w stylu nowoczesnym.

Obecnie Wielki Książę wykorzystuje Pałac Wielkich Książąt (lb. Groussherzogleche Palais, fr. Palais Grand-Ducal, niem. Großherzogliches Palais) jako miejsce pracy, ale rzadko jako miejsce zamieszkania. W pałacu wita zagraniczne głowy państw lub wydaje przyjęcia, jak np. posiłek wydawany z okazji święta narodowego, na którym przyjmuje średnio 300 osób.