La construcció d’aquest bell palau i el disseny dels seus jardins va ser conseqüència d’un capritx de la reina Maria de Medicis, la qual ja cansada de les intrigues reials que patia a diari en el palau del Louvre i trobant a faltar la seva terra natal, la Toscana, va decidir comprar aquests terrenys –en aquells moments fora del radi urbà de París– i construir el seu propi palau, segons l’estil italià. Així, després d’una sèrie de negociacions, la reina va aconseguir comprar, el 1612, la residència del duc de François de Luxemburg. Tot i els seus intents per anomenar el nou palau com a “Palau Medicis”, el nom de l’antic territori seria el que faria fortuna en la memòria dels parisencs.

Un cop comprat el terreny, Maria de Medicis va convocar a l’arquitecte Salomon de Brosse perquè s’encarregués de dissenyar el seu palau, seguint el model del Palau Pitti de Florència on la reina havia passat la seva infantesa. D’aquesta manera, va fer destruir totalment la residència adquirida per crear el palau tot de nou.
Tot i que des de Florència van arribar els plànols del palau renaixentista, la realitat és que Brosse va convertir l’edifici en un palau típicament francès. D’aquesta manera, l’edifici està format per un cos principal i dues ales laterals articulades al voltant d’un pati. Les influències italianes són presents en la composició de la façana, marcada per la introducció d’elements clàssics.

Maria de Medicis va traslladar-se al Luxemburg, encara inacabat, el 1625. Així, el palau es convertiria en un dels escenaris de les lluites de poder entre Lluís XIII i el cardenal Richelieu. El 1631, un any després de la finalització de les obres, Maria de Medicis va haver de fugir cap a l’exili. Després de l’exili de la reina, el gran palau va passar en els segles XVII i XVIII per diferents propietaris de l’alta noblesa parisenca fins que durant la Revolució francesa va ser confiscat com a bé nacional. En el període del Terror va arribar a servir com a presó improvisada davant de la saturació que patia la Conciergerie. En el segle XIX, després de diferents treballs de condicionament va passar a ser la seu del Senat de la Tercera República, utilitat que ha seguit desenvolupant fins a l’actualitat.
Els jardins, actualment un dels espais més populars i visitats de París, són un exemple destacat de l’arquitectura paisatgística francesa. Per a realitzar la construcció dels jardins, la reina també va haver de comprar i destruir altres residències dels voltants i, amb tot, no seria fins molt després de la mort de la reina, en el segle XVIII, quan els jardins van arribar a adquirir les gran dimensions actuals.
Els jardins que Maria de Medicis va fer construir pel seu goig personal i que mai va poder veure acabats estaven rodejats per una grilla coberta de flors d’or, que actualment encara tanquen el parc. El gran estanc octogonal marca l’eix principal dels jardins, del qual neixen els vuit carrers simètrics que distribueixen l’espai.
Tot i els treballs urbanístics que van obrir carrers i bulevards per la zona, restant part de l’espai original al parc, l’encant de les seves avingudes interiors, poblades de castanyers, tils, plataners i diverses espècies exòtiques, es manté intacte. Excepte quan hi ha neu, els jardins de Luxemburg es vesteixen amb diverses varietats de flors que varien segons l’estació de l’any i sovint s’hi realitzen concerts a l’aire lliure. Davant del gran llac, desenes de cadires verdes de ferro són ocupades per estudiants concentrats en la lectura o per turistes que gaudeixen del sol, un bé molt cotitzat a París.