На месте Зимнего сада ранее находился Висячий сад под открытым небом, созданный Антонио Ринальди при строительстве дворца (1768-1785). В 1846 г. Александр Брюллов полностью изменил архитектуру зала. Зал был перекрыт кессонированным потолком, опирающимся на две чугунные колонны, а с южной стороны закрыт стеклянной стеной. Вместо яблонь и вишен в саду-оранжерее были посажены экзотические растения, среди зелени установлены мраморные скульптуры, а в центре оборудован фонтан. Сад был соединен с Цветником тремя открытыми арочными проемами.
В ходе реставрационных работ в 2000-е гг. был воссоздан фонтан, четыре торшера из уранового стекла с золоченой бронзой и большая трехстворчатая остекленная дверь, ведущая в Царскую комнату. В зале установлены две скульптуры из коллекции Русского музея – «Неаполитанский рыбак, играющий на мандолине» (А.Бок, 1862) и «Амур, отпускающий мотылька» (М.Попов, 1872).
