Местность, ставшая впоследствии Царицыном, известна с конца XVI века как вотчина царицы Ирины, сестры Бориса Годунова, под названием село Богородское. Никаких документальных свидетельств о постройках того времени не сохранилось, однако в 1982 году при проведении археологических работ были обнаружены части ведущей к Верхнему Царицынскому пруду пандусной лестницы, которая с большой долей вероятности относится к остаткам усадьбы или охотничьего двора Годуновых. В период Смутного времени постройки Ирины Годуновой были уничтожены, местность пришла в запустение, однако сохранился каскад прудов, обустроенный при Годуновых.

В 1633 году пустошь Чёрная Грязь (так стало именоваться Богородское) перешла во владение бояр Стрешневых, родственников супруги первого царя из династии Романовых, Михаила Фёдоровича. В 1684 году боярин Иван Фёдорович Стрешнев уступил село Чёрная Грязь своему внуку, Алексею Васильевичу Голицыну (сыну князя Василия Голицына, фаворита царевны Софьи).

После низложения Софьи имущество князя Василия Голицына и его сына было конфисковано. Пётр I по окончании Прутского похода в 1712 году пожаловал Чёрную Грязь и близлежащие селения князю Дмитрию Кантемиру, молдавскому господарю, союзнику России в противостоянии с Турцией, вынужденному переселиться в Россию. Вместе с ним в России осели около шестисот верных Кантемиру молдавских воинов с жёнами и детьми; они поселились в сёлах Чёрная Грязь, Сабурово, Булатниково, в деревнях Ореховке и Хохловке. По приказу Дмитрия Кантемира в 1722 году в поместье на месте деревянной церкви, построенной ещё при Голицыных, возник каменный однокупольный храм в честь иконы Божией Матери «Живоносный Источник» (посвящение его осталось тем же, что и у предшествующей церкви).

Известно, что в новом владении Кантемиров был построен интересный деревянный дворец. В 1722 году Берхгольц, камер-юнкер герцога голштинского Карла Фридриха, подробно описал строение, отметив, что дворец располагался на высоком холме, был выполнен в китайском вкусе (возможно, именно Д. К. Кантемир привёз в Россию моду на шинуазри), в нём существовали просторные галереи, откуда открывались прекрасные виды на парк и пруды. Парк имел регулярную планировку и включал в себя обширные фруктовые сады (вероятно, заложенные ещё при Голицыных), он отличался рациональностью и красотой планировочного решения. К садовому фасаду главного дома усадьбы примыкал «геометрический сад», остальные части сада с фруктовыми деревьями были окружены парковыми рощами.

Весной 1775 года императрица Екатерина II, проезжая во время прогулки из Коломенского по территории Чёрной Грязи, была очарована красотами поместья и без промедлений выкупила его у князя Сергея Дмитриевича Кантемира. Купчая была оформлена 18 (29) мая 1775 года; императрица заплатила за усадьбу 25 000 рублей — при том, что князь был готов продать её за 20 000. Не обошлось здесь без рекомендаций князя Григория Потёмкина (он хорошо знал поместье); вероятно, он придумал новое звучное название для Чёрной Грязи и подал Екатерине идею строительства новой подмосковной императорской резиденции. В одном из писем своему постоянному корреспонденту барону Гримму Екатерина писала:
" Моё новое владение я назвала Царицыным и, по общему мнению, это сущий рай. На Коломенское никто теперь и смотреть не хочет. Видите, каков свет! Ещё не так давно все восхищались местоположением Коломенского, а теперь все предпочитают ему новооткрытое поместье."

В июне 1775 года для Екатерины II и её фаворита рядом с главным домом усадьбы Кантемиров за две недели был построен небольшой деревянный дворец из шести комнат (по проекту архитектора Петра Плюскова), и несколько временных служебных и парковых строений.

В один из летних дней 1775 года Екатерина отправилась на подробный осмотр нового приобретения. Князь Потёмкин, встречавший императрицу в поместье, приложил немало усилий, чтобы оно произвело на новую хозяйку самое благоприятное впечатление. На живописных прудах были обустроены пристани, плавали яркие ладьи; в глубине парка соорудили шалаш, в котором императрице подали полдник. Был организован «праздник сенокоса» в пасторальном духе: крестьянские девушки в ярких сарафанах водили хороводы, юноши соревновались в удальстве и ловкости; рослые, специально отобранные косари-молдаване в косоворотках с красными ластовицами, в поярковых шляпах с павлиньими перьями косили траву под звуки песен, а бабы и девки сгребали сено. В какой-то момент князь Потёмкин взял в руки косу и встал в ряд косарей, чтобы продемонстрировать свою сноровку и умение. Вечером на прудах состоялся грандиозный фейерверк. Екатерина осталась очень довольна.

Остаток лета 1775 года императрица и её тайный супруг, обвенчавшиеся за год до того, провели в Царицыне. Здесь проходили не только придворные увеселительные гуляния, но и заседания Государственного совета.[3] По воспоминаниям Г. Р. Державина, 6 (17) августа 1775 года в день Преображения Господня в Царицыне прошёл торжественный приём в честь штаб- и обер-офицеров Преображенского полка, полковником которого была Екатерина II.

Покупка императрицей Царицына и его дальнейшая судьба связана с празднованием годовщины Кючук-Кайнарджийского мира, завершившего русско-турецкую войну 1768—1774 годов. 10 (21) июля 1775 года на Ходынском поле открылись грандиозные торжества по этому случаю. Ходынское поле представляло собой аллегорию Чёрного моря; на поле были обустроены павильоны, которым императрица дала названия крепостей — мест военных сражений, увеселительные сооружения изображали отвоёванные города. С. М. Любецкий, исследователь Царицына в XIX веке, так описывал праздник:
" Ходынское поле представляло великолепную панораму: на нём сооружена была целая громада построек, составлявшая целый временный город. Каждое здание, отличавшееся своим цветом, в турецком вкусе, с минаретами, киосками, каланчами, имело вид крепости, острова, орды и корабля. Они назывались Азовом, Таганрогом, Керчью, Еникале и так далее."

Зодчий запланировал строительство целого городка: в его центре располагались пять дворцов для Екатерины II и её сына цесаревича Павла Петровича с семейством; вокруг — целая россыпь построек для придворной знати, домиков для прислуги, павильонов. Ансамбль дополнялся мостами и декоративными постройками, а также Кухонным корпусом — внушительным зданием, которое тем не менее так вписывалось в окружение, что не подавляло своими размерами соседние сооружения. Особенности планировки царицынских зданий такова, что позволяет говорить о «поэзии геометрии»: здесь встречаются разнообразные — всегда правильные, симметричные — геометрические фигуры. Павильоны в виде шести- и восьмигранников, крестообразные; Малый дворец — в виде полукруга, Кухонный корпус — в виде квадрата со скруглёнными углами. То же относится и к внутренней планировке: круглые, и овальные и полуовальные залы мастерски сочетаются с залами в плане прямоугольными. Важно отметить, что почти все внутренние помещения царицынских построек Баженов проектировал со сводчатыми потолками, отчего достигался ещё больший эффект игры геометрических форм.

Екатерине II понравился представленный проект, и в мае 1776 года началось строительство. Были заложены три здания вдоль Берёзовой перспективы (Малый и Средний дворцы и Третий кавалерский корпус), павильоны и Фигурный мост.

В первых числах июня 1785 года Екатерина II посетила Москву. Визит был кратким и несколько неожиданным — императрица планировала свой визит на более поздний срок.  К Царицыну императрица в сопровождении немногочисленной свиты поехала окольными путями, минуя главные подъезды, так как была напугана слухами о возможном покушении, — полюбоваться задуманными Баженовым величественными дальними перспективами и раскрытием царицынских фасадов императрице не довелось. Осмотр самих построек длился недолго. Екатерина II, нигде не задерживаясь, прошла лишь приёмные залы на втором этаже главного дворца и осмотрела парадную анфиладу, а также аванзалы; побывала в боковом корпусе, где располагались её жилые покои. Вердикт императрицы после беглого осмотра был суров: деньги на строительство затрачены понапрасну, лестницы узки, потолки тяжелы, комнаты и будуары тесны, залы, будто погреба, темны. Екатерина приказала «учинить изрядные поломки» и представить новый проект главного дворца.

Решение императрицы на многих произвело должное впечатление: очевидно, что Василий Баженов попал в опалу, и ему был явлен «монарший гнев». Баженов от строительства был тут же отстранён, новым архитектором царицынской резиденции был назначен его ученик, Матвей Казаков, что стало ещё одним унижением для отставленного зодчего.

Прошло более полугода после осмотра Екатериной II царицынских дворцов, прежде чем был утверждён новый проект дворцовой застройки. За это время, как гласит предание, М. М. Измайлов, начальник Кремлёвской экспедиции строений, которому императрица поручила надзор за переделкой, попытался помочь Баженову вернуть расположение императрицы. Вместе с Матвеем Казаковым решили сделать так: Баженов подготовит новый вариант дворца и представит его при посредничестве Измайлова ранее, чем это сделает Казаков. Видимо, из затеи ничего не вышло: доподлинно неизвестно, знакомилась ли Екатерина с новым баженовским проектом или нет. Известно лишь, что в январе 1786 года Баженов был уволен на год от возложенных на него должностей для поправления здоровья. Для Баженова вторая (после неосуществлённого проекта Кремлёвского дворца) грандиозная неудача стала причиной серьёзного душевного кризиса. Плоды десятилетнего труда, которому были отданы все силы, оказались невостребованными. К должности придворного архитектора при Екатерине он так и не вернулся.

К февралю 1786 года Казаков подготовил проект Большого дворца, и он был одобрен императрицей. В марте началась разборка двух корпусов — покоев Екатерины и цесаревича Павла; 18 (29) июля был заложен новый дворец «по вновь конфирмованному учинённому архитектором Казаковым плану».

Очевидно было, что Екатерина II в конце 1780-х потеряла интерес к своей подмосковной затее: ассигнований на реализацию проекта выделялось недостаточно. После 1785 года она была в Москве лишь однажды, да и то проездом, — в 1787 году, возвращаясь из своего знаменитого путешествия по присоединённому Крыму. Возможно, Екатерина уже была готова полностью отказаться от Царицына — потребность в подмосковном «Царском Селе» ощущалась всё менее, — но на завершении строительства ненавязчиво настаивал Григорий Потёмкин, вызвавшийся профинансировать долгострой.

И всё же в 1790 году строительство дворца было остановлено — предположительно, из-за финансовых затруднений, вызванных новой русско-турецкой войной. А в октябре 1791 года внезапно умер князь Потёмкин-Таврический, вдохновитель царицынского замысла.

В первые годы Советской власти «историческое» Царицыно, наряду с Новым Царицыном и ближайшими деревнями вошли в посёлок Ленино.

Созданный в марте 1918 года революционный орган местной власти — Совет рабочих, крестьянских и солдатских депутатов — расположился в Первом кавалерском корпусе; председателем его был революционер и пролетарский поэт Ф. С. Шкулёв. В 1932 году это здание было перестроено и стало 3-этажным (кирпич на достройку был взят из внутренних стен соседнего Второго кавалерского корпуса); в нём разместился исполком Ленинского района Московской области.

В 1926 году дворцово-парковый ансамбль был передан в ведение Главнауки, а оттуда — в Московский отдел народного образования, в его музейный подотдел. 21 июля 1927 года в здании Третьего кавалерского корпуса открылся музей Царицына; через год музей обрёл статус историко-краеведческого. Первым директором и создателем музея был В. В. Казанцев. Основой экспозиции музея стали ценнейшие коллекции баженовских чертежей и документы по истории и строительству дворцового комплекса; демонстрировались также предметы из раскопок царицынских курганов. Музей пользовался известностью; в летние месяцы его посещало более 15 000 человек. Однако в таком виде музей просуществовал недолго: в 1930 году в связи с кампанией по коллективизации основу экспозиции составили муляжи сельхозпродукции и диаграммы развития Ленинского района; сам музей стал называться «Ленинским краеведческим музеем садово-огородного района». Наконец, в 1937 году музей был закрыт, а в здании устроен сельский клуб с кинотеатром.

К 1927 году относятся и первые ремонтно-реставрационные работы в Царицыне: группа реставраторов во главе с архитектором Н. А. Пустархановым в течение двух лет провела реставрацию Фигурных ворот, павильонов «Миловида» и «Нерастанкино», беседки «Золотой сноп» («Храм Цереры»); проводилась также консервация и укрепление некоторых руинированных дворцовых построек. В то же время проводилась очистка прудов и благоустройство парка.

Новую жизнь получил Хлебный дом: в начале 1920-х годов здесь стихийно возникли коммуналки, которые просуществовали вплоть до 1970-х годов. В 1939 году был закрыт храм на территории дворцово-паркового ансамбля; в здании была оборудована трансформаторная подстанция.

В 1936 году по заданию Моссовета архитекторы М. О. Барщ и Г. А. Зундблат разработали проект приспособления царицынского ансамбля под дом отдыха. Реализации этих планов помешала Великая Отечественная война.

В конце 1950-х годов вновь потребовалась реставрация павильонам «Миловида» и «Нерастанкино», беседке «Золотой сноп» и ряду парковых мостиков. Работы осуществлялись в 1958—1961 годы по проекту реставратора М. В. Дьяконова; тогда же под руководством архитектора В. И. Долганова и инженера-лесовода Е. С. Панфёровой были проведены лесоустроительные работы в левобережном парке.

В 1960 году Ленино стало частью Москвы. В 1970-е в связи с застройкой жилого района Орехово-Борисово вокруг Царицына и каскада Цареборисовских прудов была установлена охранная зона площадью более 1000 гектаров. Зона дворцово-паркового ансамбля была постепенно освобождена от хаотичной застройки.

К концу 1960-х годов относится первый проект научной реставрации царицынских архитектурных и ландшафтных памятников; он был разработан в «Моспроекте-3» под руководством архитектора В. Я. Либсона. Однако масштабность реставрационных работ стала препятствием для их осуществления. В начале 1980-х годов была образована «Высшая школа живописи, ваяния и зодчества» во главе с Ильёй Глазуновым; первоначально планировалось, что она будет базироваться в отреставрированных зданиях царицынского ансамбля.

Несмотря на жёсткую критику ряда специалистов, проект восстановления Большого Царицынского дворца в 2005—2007 годах осуществился полностью. В короткие сроки был проведён большой объём строительных, восстановительных и реставрационных работ; многие из них носили уникальный характер. Своеобразным девизом строительства стали слова мэра Москвы Ю. М. Лужкова:
« Прощай, печальная руина! Здравствуй, возрождённое Царицыно! »