Kaiser Franz I., Gemahl und Mitregent Maria Theresias, hatte 1753 von der Gemeinde Hietzing ein Areal an der Westseite des Schlossparks gekauft, auf dem er einen Holländischen Garten anlegen ließ. Adrian van Steckhoven und sein Gehilfe Richard van der Schot errichteten dort ein großes Treibhaus im Norden und vier Glashäuser im Westen des Gebietes, das in drei Bereiche aufgeteilt war:
Der „Blumengarten“ mit exotischen Pflanzen im Norden, südlich daran anschließend der Gemüsegarten (in dem auch Spalierobst gezogen wurde), und ganz im Süden ein Obstbaumgarten.
Der Grundstock der Exotensammlung, darunter die ursprüngliche „Maria Theresien-Palme“, eine Fächerpalme, wurde 1754 in Holland eingekauft. Wegen der Sammelleidenschaft der Habsburger (insbesondere die Expeditionen Jacquins nach Westindien sowie von Franz Boos und Georg Scholl zum Kap der Guten Hoffnung brachten bedeutenden Zuwachs) war bereits unter Joseph II. die Erweiterung des Treibhauses um zwei Flügel und die Errichtung dreier zusätzlicher Glashäuser erforderlich, denen später noch zwei weitere Objekte folgten. 1828 wurde in der Nähe das Alte Palmenhaus errichtet. Zwar blieben pflegerische Erfolge nicht aus, obwohl die nur ostseitige Glasfront dieses gemauerten Gebäudes der einwandfreien Kultur lichtbedürftiger Pflanzen abträglich war, doch war spätestens mit der Wiener Weltausstellung klar, dass nur eine vollverglaste Eisenkonstruktion optimale Bedingungen schaffen konnte.[2] Das abseits gelegene Alte Palmenhaus ausgenommen, wurden alle Glashäuser südwestlich des Schlosses im Zuge des Neubaus abgetragen.
Das 'neue' Palmenhaus wurde in den Jahren 1881/82 nach Plänen Franz Xaver Segenschmids errichtet. Das 113 Meter lange Palmenhaus besteht aus einem 28 Meter hohen Mittelpavillon und zwei um drei Meter niedrigeren Seitenpavillons. Die drei Pavillons sind durch tunnelartige Gänge miteinander verbunden und bilden drei verschiedene Klimazonen - ein Kalthaus im Norden, ein "temperiertes" im Mittelpavillon sowie das Tropenhaus im Süden. Die jeweils erforderlichen Temperaturen werden mittels Dampfwasserheizung erzielt, dadurch können Raritäten der Pflanzenwelt aus allen Erdteilen gezeigt werden.
Bei der imposanten, dem Späthistorismus verpflichteten Eisenkonstruktion wurde die moderne Technologie genützt und dem Bau eine dem Material entsprechende Form gegeben. Die konvexen und konkaven Linien des Mittel- und der Seitenpavillons sind von ausgewogenen Proportionen bestimmt und verleihen der Eisenkonstruktion trotz der enormen Größe eine spürbare Leichtigkeit. Zwischen dem Gerippe der außen liegenden Eisenkonstruktion sind die Glasflächen eingesetzt, die sich wie eine Haut an die gebogenen Eisenträger anschmiegen.
Das Schönbrunner Palmenhaus ist das letzte und größte seiner Art auf dem europäischen Kontinent.
