La Galleria Palatina è l'ultima e la più splendida delle "quadrerie" principesche: comprende capolavori straordinari del '500 e del '600 di artisti italiani, fiamminghi, francesi, inglesi, da Raffaello (rappresentato con 11 delle sue opere più famose) alla scuola fiorentina (Fra' Bartolomeo, Andrea del Sarto, Pontormo, Rosso Fiorentino), a Caravaggio, a Rubens, a Van Dyck, a Guido Reni, al Guercino, al Maratta.

Si tratta di una collezione unica al mondo per la qualità delle opere, e per il particolare allestimento rimasto fino ad oggi in massima parte quello del primo Ottocento, che oltre a coprire completamente le pareti con i quadri ne completa la decorazione con stucchi dorati, e arreda le sale con stupende consoles dai piani di marmi pregiati o in commesso di pietre dure.

Le 14 sale occupate dagli Appartamenti del Re e della Regina sono caratterizzate da parati di seta che, con il loro colore, danno il nome ad ogni sala, e che sono ancora gli stessi ordinati dai Granduchi lorenesi (1800-1850).

La mobilia comprende alcuni pezzi barocchi (lo stipo di Vittoria della Rovere), in prevalenza tavoli e salotti neoclassici, e alcuni arredi (poltrone, specchiere) tardo ottocenteschi.

L'insieme costituisce un documento eccezionale sulla storia del palazzo, ricostruito attraverso l'archivio della Guardaroba.