Le Real Alcázar, une forteresse, a précédé le Palais royal. L'édifice a été baptisé "royal" après que le roi Henri III de Castille en a fait l'un de ses palais préférés et en a modifié la façade. Son fils Juan II fit construire la chapelle royale et diverses dépendances. Le château médiéval a été endommagé pendant la guerre de succession de Castille (1476) lorsque les soldats de Juana la Beltraneja ont pris d'assaut la citadelle.

L'empereur Charles Ier a rénové l'Alcazar en s'inspirant de l'architecture de la Renaissance, mais Philippe II a engagé des peintres italiens, français et hollandais pour promouvoir les grands travaux. La Tour d'Or et l'Armurerie Royale, rasées en 1894, ont été construites à cette époque. Philippe III, Philippe IV et Charles II poursuivirent cet effort.

En 1700, Philippe V de Bourbon monte sur le trône et restaure l'Alcazar, qu'il qualifie d'austère et d'obsolète. La reine Maria Luisa Gabriela de Savoie et la princesse des Ursins donnèrent un style français aux appartements. L'incendie partiel de l'Alcazar la veille de Noël 1734 fut un prétexte commode pour le démolir presque entièrement (à l'exception d'une partie des fondations et de quelques constructions) et construire un nouveau palais plus conforme à l'époque et à la nouvelle monarchie.

Le palais fut construit en 1738. Le nouveau palais sera construit en maçonnerie avec des toits voûtés et n'utilisera le bois que pour la charpente et les structures du toit afin de prévenir les incendies.