Der Kaiser Carlos V verlegte seinen Hof in die königlichen Häuser der Alhambra, um hier den Sommer des Jahres 1526 zu verbringen. Seitdem wollter er in Granada eine seiner Residenzen sehen, weshalb ein neuer Palast geplant wurde, der mit der arabischen Alcázar verbunden wurde und die Arbeit seiner Großeltern, den Katholischen Königen fortstzte.
1527 beauftragte man den toledaner Architekten und Maler Pedro Machuca, einen Schüler Miquelangelos, mit dem Bau dieses Palastes. Der Kaiser Carlos V. wollte der Alhambra einen Palast mit allen Bequemlichkeiten der Epoche hinzufügen, sah seinen Wunsch jedoch nicht mehr erfüllt. Der Palast blieb unvollendet und durchlief verschiedene Etappen. Aufgrund von Vernachlässigung stürzte das Dach ein. 1923 varnlasste der Architekt Leopoldo Torres Balbás seine Restauration.
Der Palast hat einen quadratischen Grundriss, mit 63 m Länge und einer 17 m hohen Hauptfassade und besitzt einen runden Innenhof, der in seinem Stil einzigartig ist, eine der schönsten Kreationen der Renaissance. Nur die die Süd- und die Westfassade sind vollständig dekoriert, Nord- und Ostfassade nur zum Teil, da das Gebäude mit den Palästen der Nasriden verbunden ist. Die Fassade richtet sich nach Westen, ist von dorischer Anordnung und mit Reliefs von militärischen Siegen dekoriert. Die Südfassade ist von jonischer Anordnung und ihre Reliefs beschreiben mytholigische Szenen.
Zur Zeit ist der Palast von Carlos V. Der Sitz des Museums der Alhambra (über spanisch-muslimische Kultur) und des Museums der Schönen Künste.
