ตั้งอยู่ในตัวเมือง ห่างจากองค์พระปฐมเจดีย์ ไปทางทิศตะวันตก ประมาณ 2 กิโลเมตร มีพื้นที่ประมาณ 888 ไร่ 3 งาน 24 ตารางวา พระราชวังแห่งนี้พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระกรุณาโปรด เกล้าฯ ให้สร้างขึ้น ตั้งแต่ยังทรงดำรงพระยศเป็นสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชสยามมกุฎราชกุมาร เริ่มก่อสร้างในปี พ.ศ. 2450 โดยหลวงพิทักษ์มานพ (น้อย ศิลปี) ซึ่งต่อมาเลื่อนยศเป็นพระยาศิลป์ประสิทธิ์ เป็นผู้ดำเนินการก่อสร้าง พระที่นั่งเมื่อแรกสร้างมีเพียง 2 พระที่นั่ง ได้แก่ พระที่นั่งพิมานปฐม และพระที่นั่งอภิรมย์ฤดี และพระราชทานนามตามประกาศลงวันที่ 27 สิงหาคม พ.ศ. 2454  และต่อมาได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ

พระที่นั่งพิมานปฐม   เป็นพระที่นั่งองค์แรกที่สร้างขึ้นในพระราชวังสนามจันทร์ เป็นตึก 2 ชั้นแบบตะวันตกตัวอาคารก่ออิฐถือปูน ทรงใช้เป็นที่ประทับโดยเฉพาะก่อนเสด็จฯขึ้นครองราชย์ เป็นที่ทรงพระอักษร ที่เสด็จออกขุนนาง ที่รับรองพระราชอาคันตุกะและออกให้ราษฎรเข้าเฝ้ามากกว่าพระที่นั่งอื่นๆ  ภายในพระที่นั่งมีห้องต่างๆ อาทิ ห้องบรรทม ห้องสรง ห้องเสวย ห้องภูษา ฯลฯ มีพระพุทธรูปปางปฐมเทศนาอยู่องค์หนึ่งและมีภาพเขียนจิตรกรรมฝาผนังฝีมือ พระยาอนุศาสน์จิตรกร(จันทร์ จิตรกร) งดงามน่าชม และที่พระที่นั่งนี้พระบาทสมเด็จพระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้ประทับทอดพระเนตรเห็นปาฏิหาริย์ขององค์พระปฐมเจดีย์บนแท่นไม้สักมีขนาด 2 เมตร ชื่อว่า “พระที่นั่งปาฏิหาริย์ทัศไนย์” ขณะนี้ทางการได้รื้อนำไปตั้งไว้หน้าพระที่นั่งพุทไธศวรรย์ในพิพิธภัณฑสถาน แห่งชาติ ส่วนพระที่นั่งพิมานปฐมนั้น ปัจจุบันใช้เป็นส่วนหนึ่งของศาลากลางจังหวัดนครปฐม

พระที่นั่งอภิรมย์ฤดี  เป็นตึก 2 ชั้น อยู่ด้านใต้ของพระที่นั่งพิมานปฐม   ขณะนี้ใช้เป็นที่ทำการของศาลากลางจังหวัดนครปฐมพระที่นั่งวัชรีรมยา  เป็นตึก 2 ชั้น สร้างด้วยสถาปัตยกรรมแบบไทย  หลังคาซ้อน มียอดปราสาทมุงด้วยกระเบื้องเคลือบสีงดงาม มีช่อฟ้าใบระกา นาคสะดุ้ง หางหงส์ครบถ้วน พระที่นั่งองค์นี้เคยใช้เป็นที่บรรทมเมื่อเสด็จขึ้นครองราชย์แล้ว ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของศาลากลางจังหวัด

พระที่นั่งสามัคคีมุขมาตย์  อยู่ถัดจากพระที่นั่งวัชรีรมยาโดยมีโถงใหญ่และหลังคาเชื่อมต่อกัน เป็นศาลาโถง ทรงไทย ยกสูงจากพื้นดินประมาณหนึ่งเมตรและมีอัฒจันทร์ลงสองข้าง หน้าบันอยู่ทางทิศเหนือเป็นรูปจำหลักท้าวอมรินทราธิราชประทานพรประทับอยู่ใน พิมานปราสาทสามยอด พระหัตถ์ขวาทรงวชิระ พระหัตถ์ซ้ายประทานพรแวดล้อมด้วยบริวารประกอบด้วยเทวดาและมนุษย์ห้าหมู่ พระที่นั่งองค์นี้ใช้เป็นที่ออกงานสโมสรสันนิบาต เป็นท้องพระโรงเวลาเสด็จออกขุนนาง  เป็นที่ประชุมข้าราชการและกองเสือป่า  และใช้เป็นโรงละครสำหรับแสดงโขนอีกด้วย จึงมีชื่อเรียกติดปากชาวบ้านว่า “โรงโขน”  พระที่นั่งมีลักษณะพิเศษ คือ ตัวแสดงจะออกมาปรากฏกายภายนอกฉากบนเฉลียงถึง 3  ด้าน มิใช่แสดงอยู่เพียงบนเวที โรงละครที่มีลักษณะดังกล่าวนี้มีอีก 2 แห่งคือ โรงละครสวนมิสกวันและหอประชุมโรงเรียนวชิราวุธ ปัจจุบันพระที่นั่งสามัคคีมุขมาตย์ใช้เป็นหอประชุมของจังหวัดนครปฐม หรือใช้ในพิธีต่าง ๆ ของทางราชการ

พระตำหนักชาลีมงคลอาสน์    ตั้งอยู่ทางทิศใต้ของสนามจันทร์ เป็นพระตำหนัก 2 ชั้นคล้ายปราสาทขนาดย่อมสีไข่ไก่ หลังคามุงกระเบื้องสีแดง  สถาปัตยกรรมแบบเรอเนสซองส์ของฝรั่งเศสกับอาคารแบบฮาร์ฟทิมเบอร์ของอังกฤษ สร้างแบบตะวันตกพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯให้สร้างพระตำหนักนี้ราวปี พ.ศ. 2451 โดยมีหม่อมเจ้าอิทธิเทพสรร  กฤดากร เป็นสถาปนิกออกแบบ ชั้นบนมีห้องทรงพระอักษร ห้องบรรทม และห้องสรง ชั้นล่างทางทิศตะวันตกเป็นห้องรอเฝ้าฯ และเคยใช้เป็นสำนักงานชั่วคราวในการออกหนังสือพิมพ์ดุสิตสมิตรายสัปดาห์   พระตำหนักหลังนี้ใช้เคยเป็นที่ประทับเมื่อเวลามีการซ้อมรบเสือป่า ณ พระราชวังสนามจันทร์และทรงใช้เป็นที่ประทับตลอดช่วงปลายรัชกาลเมื่อเสด็จ พระราชวังสนามจันทร์

พระตำหนักมารีราชรัตบัลลังก์  เป็นเรือนไม้สักทอง 2 ชั้นแบบตะวันตกทาสีแดง ลักษณะสถาปัตยกรรมแบบนีโอคลาสสิค  พระตำหนักองค์นี้สร้างขึ้นคู่กับพระตำหนักชาลีมงคลอาสน์ เชื่อมติดต่อถึงกันด้วยฉนวนทางเดินทอดยาวลักษณะเป็นสะพาน หลังคามุงกระเบื้อง ติดหน้าต่างกระจกตลอดความยาวสองด้าน  จากชั้นบนด้านหลังพระตำหนักชาลีฯ ข้ามคูน้ำมาเชื่อมกับชั้นบนด้านหน้าของพระตำหนักมารีฯ พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระตำหนักนี้ราวปี พ.ศ. 2459 โดยมีหม่อมเจ้าอิทธิเทพสรร  กฤดากร เป็นสถาปนิกออกแบบ พระตำหนักทั้งสองหลังสร้างขึ้นด้วยแรงบันดาลพระราชหฤทัยจากบทละครเรื่อง My friend Jarlet ของ Arnold Golsworthy และ E.B. Norman ซึ่งทรงแปลบทละครเรื่องนี้เป็นภาษาไทยชื่อว่า “มิตรแท้” โดยทรงนำชื่อตัวละครในเรื่องมาเป็นชื่อของพระตำหนัก

ปัจจุบันพระราชวังสนามจันทร์บางส่วนอยู่ในความดูแลรับ ผิดชอบของมหาวิทยาลัยศิลปากร และจังหวัดนครปฐม  เปิดให้เข้าชมทุกวัน ปิดวันหยุดนักขัตฤกษ์  ตั้งแต่เวลา 09.00-16.00 น. (ปิดขายบัตร 15.30 น.) อัตราค่าเข้าชม  คนไทย ผู้ใหญ่ 30 บาท เด็ก 10 บาท พระภิกษุ สามเณร แม่ชี นักศึกษา 10 บาท
์