Het paleis bevindt zich in het oostelijke deel van het Park van Pena, dat men moet passeren om de steile helling te bereiken die gebouwd is door de Baron van Eschwege en die toegang biedt tot het kasteelachtige gebouw. Het paleis zelf is samengesteld uit twee vleugels: het voormalige Manuelijnse klooster van de Orde van St. Jerome en de vleugel gebouwd in de 19e eeuw door koning Ferdinand II. Deze vleugels worden omringd door een derde architecturale structuur die een fantastische versie is van een denkbeeldig kasteel, waarvan de muren rond kunnen lopen en dat kantelen, uitkijktorens, een toegangstunnel en zelfs een ophaalbrug omvat. In 1838 verwierf koning Ferdinand II het voormalige Hieronymietklooster van Onze-Lieve-Vrouw van Pena, dat in 1511 door koning Manuel I op de top van de heuvel boven Sintra werd gebouwd en sinds 1834 onbezet bleef toen de religieuze ordes in Portugal werden onderdrukt. Het uit het klooster en de bijgebouwen, de kapel, de sacristie en de klokkentoren, die vandaag het noordelijke gedeelte van het paleis van Pena vormen of het oude paleis. Koning Ferdinand begon met het repareren van het voormalige klooster dat volgens de historische bronnen van die tijd in zeer slechte staat verkeerde. Hij vernieuwde de hele bovenverdieping en verving de veertien cellen die door de monniken werden gebruikt in grotere kamers en droeg ze met de gewelfde plafonds die tegenwoordig nog steeds te zien zijn. In ongeveer 1843 besloot de koning het paleis uit te breiden door een nieuwe vleugel te bouwen (het Nieuwe Paleis) met nog grotere kamers (de Grote Zaal is hiervan een goed voorbeeld), eindigend in een ronde toren naast de nieuwe keukens. De bouw werd geleid door de Baron van Eschwege. De reparatiewerken uit 1994 hebben de oorspronkelijke kleuren van de buitenkant van het paleis hersteld: roze voor het voormalige klooster en oker voor het nieuwe paleis.Bij de transformatie van een voormalig klooster tot een kasteelachtige residentie, toonde koning Ferdinand dat hij sterk beïnvloed was door de Duitse romantiek en dat hij waarschijnlijk zijn inspiratie vond in de kastelen Stolzenfels en Rheinstein aan de oevers van de Rijn, evenals in het paleis Babelsberg in Potsdam. Deze bouwwerken in het Paleis van Pena eindigden in het midden van de jaren 1860, hoewel op latere data ook verder werd gewerkt aan de decoratie van het interieur. Koning Ferdinand beval ook dat het Park van Pena in de omliggende gebieden van het paleis werd geplant in de stijl van de romantische tuinen van die tijd, met kronkelige paden, paviljoens en stenen banken die op verschillende punten langs de routes werden geplaatst, evenals bomen en andere planten. afkomstig uit de vier hoeken van de aarde. Op deze manier profiteerde de koning van het milde en vochtige klimaat van de Sintra-heuvels om een geheel nieuw en exotisch park te creëren met meer dan vijfhonderd verschillende soorten bomen. Het Paleis van Pena werd in 1910 uitgeroepen tot Nationaal Monument en maakt deel uit van het Culturele Landschap van Sintra, dat sinds 1995 door Unesco tot Werelderfgoed is uitgeroepen.