A primitiva ocupação do topo escarpado da serra de Sintra onde se localiza o atual palácio, ocorreu com a construção de uma pequena capela sob a invocação de Nossa Senhora da Pena, durante o reinado de João II de Portugal. No século XVI, Manuel I de Portugal no cumprimento de uma promessa, ordenou a sua reconstrução de raiz. Doou-a à Ordem de São Jerónimo, determinando a construção de um convento
de madeira, e substituindo-o, pouco mais tarde, por um edifício de cantaria, com acomodações para 18 monges. No século XVIII a queda de um raio destruiu parte da torre, capela e sacristia, danos que foram agravados em decorrência do terramoto de 1755, que deixou o convento em ruínas. Apenas a zona do altar-mor, na capela, com um retábulo em mármore e alabastro atribuído a Nicolau de Chanterenne, permaneceu intacta. No século XIX a paisagem da serra de Sintra e as ruínas do antigo convento maravilharam o rei-consorte Fernando II de Portugal. Em 1838 este decidiu adquirir o velho convento, a cerca envolvente, o Castelo dos Mouros e quintas e matas circundantes. No tocante à área do antigo convento, promoveu-lhe diversas obras de restauro, com o intuito de fazer do edifício a sua futura residência de Verão. O novo projecto foi encomendado ao mineralogista germânico Barão von Eschwege, arquitecto amador. Homem viajado, Eschwege, que nascera em Hessen, deveria conhecer, pelo menos em forma de projecto, as obras que Frederico Guilherme IV da Prússia empreendera com o concurso de Schinkel nos Castelos do Reno, tendo passado em viagem de estudo por Berlim, Inglaterra e França, pela Argélia e por Espanha (Córdova, Sevilha e Granada). Palácio Nacional da Pena em construção
Em Sintra, os trabalhos decorreram rapidamente e a obra estaria quase concluída em 1847, segundo o projecto do alemão, mas com intervenções decisivas ao nível dos detalhes decorativos e simbólicos do rei-consorte. Muitos dos detalhes, nos planos construtivo e decorativo, ficaram a dever-se ao temperamento romântico do próprio monarca que, a par de arcos ogivais, torres de sugestão medieval e elementos de inspiração árabe, desenhou e fez reproduzir, na fachada norte do Palácio, uma imitação do Capítulo do Convento de Cristo em Tomar. Após a morte de D. Fernando, o palácio foi deixado para a sua segunda esposa, Elisa Hendler, Condessa de Edla, o que à época gerou grande controvérsia pública, dado que se considerava já o histórico edifício como monumento. A viúva de D. Fernando procurou então chegar a um acordo com o Estado Português e recebeu uma proposta de compra por parte de Luís I de Portugal, em 1889, em nome do Estado, que aceitou, reservando então para si apenas o Chalé da Condessa, onde continuou a residir. Com essa aquisição, o Palácio passou para o património nacional português, integrando o património da Coroa. Durante o reinado de Carlos I de Portugal, a Família Real ocupou com frequência o palácio, tornando-se a residência predilecta da Rainha D. Amélia, que se ocupou da decoração dos aposentos íntimos. Aqui foi servido um almoço à comitiva de Eduardo VII do Reino Unido, aquando da sua visita oficial ao país, em 1903. Após o regicídio, a Rainha D. Amélia retirou-se ainda mais para o Palácio da Pena, rodeada de amigas e dos seus cães de estimação. Aqui recebia amiúde a visita do filho, Manuel II de Portugal, que nele tinha os seus aposentos reservados. Quando rebentou a revolta de 4 de Outubro, em 1910, D. Amélia aguardou na Pena o evoluir da situação, chegando com a sua comitiva a subir aos terraços para observar sinais dos combates em Lisboa. No dia seguinte, partiu ao encontro de D. Manuel, em Mafra, voltando na mesma tarde ao Palácio da Pena, onde passou a noite de 4 para 5 de Outubro, a última que passou em Portugal antes da queda da Monarquia. No dia seguinte, conhecido o triunfo da República, partiu de novo para Mafra, ao encontro do filho e da sogra, de onde partiriam todos para o exílio. Com a implantação da República Portuguesa, o palácio foi convertido em museu, com a designação oficial de Palácio Nacional da Pena. Em 1945, a rainha D. Amélia, de visita a Portugal, voltou ao Palácio da Pena, onde pediu para estar sozinha durante alguns minutos: era o seu palácio predilecto.
