Situado na Horta do Reguengo, fora dos muros do aglomerado urbano medieval, o novo palácio tem a fachada principal toda revestida de mármores da região e inspira-se na arquitetura italiana renascentista. Possui três andares, cada um deles correspondendo, desde o rés-do-chão ao piso superior, a uma das ordens clássicas: dórica, jónica e coríntia. O Palácio apresenta uma grande coleção de obras de arte (pinturas a fresco em paredes e tetos, tapeçarias flamengas, ourivesaria, pintura, mobiliário de estilo, porcelanas orientais, portuguesas, italianas e de outras origens, escultura, etc..), sendo particularmente nobres as salas do primeiro piso, de que são exemplos a Sala da Medusa e Sala dos Duques (com retratos de todos os duques até ao século XVIII, no teto) e de Hércules, muitas delas enobrecidas com belíssimos fogões de sala em mármore esculpido.
Permanecem particularmente vivas no palácio as memórias dos dois últimos reinados, fruto da especial predileção que por ele tiveram os soberanos de Portugal, como se pode observar nos aposentos régios e nos inúmeros exemplares da obra artística do rei D. Carlos, como aguarelas e pinturas em pastel. A cozinha apresenta uma das maiores coleções de peças de cozinha, em cobre. São ainda de realçar a biblioteca (com exemplares bastante preciosos) e a armaria. Nas antigas cocheiras está instalada uma secção do Museu Nacional dos Coches, onde entre outras carruagens, se pode admirar o landau que transportava a família real no dia do regicídio.
Com efeito, foi neste palácio que o rei D. Carlos I dormiu a sua última noite antes de ser assassinado, em 1 de Fevereiro de 1908, tendo sido conservandos intactos os seus aposentos.
Após a proclamação da república, em 1910, o Palácio de Vila Viçosa, bem como todos os bens da Casa de Bragança, permaneceram na posse do rei D. Manuel II, segundo filho de D. Carlos, por serem bens familiares do rei e não do Estado.