“พระที่นั่งวิมานเมฆ” คือสิ่งก่อสร้างที่โดดเด่นที่สุดในพระราชวังดุสิตที่สร้างขึ้นในรัชกาลที่ ๕ เนื่องจากแพทย์ประจำพระองค์ได้กราบบังคมทูลว่า ในพระบรมมหาราชวังที่ประทับนั้น มีพระตำหนักปลูกสร้างอย่างแออัด ลมถ่ายเทไม่สะดวกและอบอ้าว ทำให้พระเจ้าอยู่หัวและพระบรมวงศานุวงศ์ประชวรอยู่เป็นประจำ จึงควรเสด็จประพาสไปประทับในที่โล่งแจ้งบ้าง พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว จึงโปรดเกล้านให้ซื้อที่ชายทุ่งสามเสน ระหว่างคลองผดุงกรุงเกษมกับคลองสามเสน สร้างพลับพลาที่ประทับชั่วคราวขึ้น รับสั่งว่าที่นี่เย็นสบายดี
พระราชทานนามว่า “สวนดุสิต” ตามนามของสรรค์ชั้น ๔ เมื่อเสด็จฯมาประทับที่สวนดุสิตบ่อยครั้ง จึงทรงสร้างเป็นพระราชนิเวศน์ที่ประทับถาวรขึ้น พระราชทานนามว่า “วังสวนดุสิต” ทำให้พื้นที่ทุ่งสามเสนเป็นที่สนใจของพระบรมวงศานุวงศ์และราษฎร เกิดความเจริญขึ้นอย่างรวดเร็ว โปรดเกล้าฯให้ตัดถนนสามเสน ถนนราชดำเนินนอก ถนนราชดำเนินกลาง ถนนราชดำเนินใน ถนนซังฮี้ เพื่อการคมนาคม ต่อมาได้ใช้วังสวนดุสิตประกอบพระราชพิธีเช่นเดียวกับพระบรมมหาราชวัง จึงเปลี่ยนนามวังสวนดุสิตเป็น “พระราชวังสวนดุสิต” ต่อมาในสมัยรัชกาลที่ ๖ จึงโปรดเกล้าฯให้รียกว่า “พระราชวังดุสิต”
พระที่นั่งวิมานเมฆสร้างด้วยไม้สักทองทั้งหลัง และถือได้ว่าเป็นสิ่งก่อสร้างที่สร้างด้วยไม้สักทองใหญ่ที่สุดในโลก สร้างเป็นรูปตัว L คือสองแฉกตั้งฉากกัน ยาวด้านละ ๖๐ เมตร สูง ๒๐ เมตร เป็นอาคาร ๓ ชั้น ส่วนที่ประทับซึ่งเรียกว่า “แปดเหลี่ยม” มี ๔ ชั้น ชั้นล่างสุดก่ออิฐถือปูน ถัดขึ้นไปเป็นไม้สักทั้งหมด มี ๓๑ ห้อง สร้างขึ้นในปี ๒๔๔๓
เดิมพระที่นั่งองค์นี้มีชื่อว่า พระที่นั่งมันธาตุรัตนโรจน์ สร้างขึ้นเมื่อปี ๒๔๓๕ ที่พระจุฑาธุชราชฐาน พระราชวังตากอากาศบนเกาะสีชัง แต่หยุดการก่อสร้างในปี ๒๔๓๖ เมื่อเกิดวิกฤติเหตุการณ์ ร.ศ.๑๑๒ เมื่อฝรั่งเศสได้นำเรือรบมาปิดอ่าวไทยและส่งทหารขึ้นยึดเกาะสีชัง เมื่อสร้างพระราชวังดุสิตขึ้นแล้วจึงโปรดเกล้าฯให้รื้อพระที่นั่งมันธาตุรัตนโรจน์มาสร้างไว้ที่พระราชวังสวนดุสิต โดยสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้ากรมพระยานริศรานุวัติวงศ์ ทรงออกแบบ มีศิลปะตะวันตกเข้าปะปนตามความนิยมในสมัยนั้น มีคลองล้อมรอบและอ่างหยก พระราชทานนามใหม่ว่า “พระที่นั่งวิมานเมฆ” ส่วนพระที่นั่งมันธาตุรัตนโรจน์ที่เกาะสีชังจึงเหลือเพียงฐาน
เมื่อพระที่นั่งวิมานเมฆแล้วเสร็จ เฉลิมพระที่นั่งเมื่อวันที่ ๒๗ มีนาคม ๒๔๔๔ พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าฯได้แปรพระราชฐานจากพระบรมมหาราชวังมาประทับเป็นเวลา ๕ ปี เมื่อก่อสร้างพระที่นั่งอัมพรสถานเสร็จในปี ๒๔๔๙ จึงทรงย้ายมาประทับที่พระที่นั่งอัมพรสถานจนเสด็จสวรรคตในปี ๒๔๕๓
หลังจากนั้นพระที่นั่งวิมานเมฆก็ถูกปิด ในสมัยรัชกาลที่ ๗ มีการซ่อมแซมหลายครั้ง แต่หลังการเปลี่ยนแปลงการปกครองในปี ๒๔๗๕ พระที่นั่งวิมานเมฆถูกใช้เป็นสถานที่เก็บราชพัสดุของสำนักพระราชวังเท่านั้น จนปี ๒๕๒๕ ในมหามงคลสมโภชกรุงรัตนโกสินทร์ ๒๐๐ ปี สมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง ทรงสำรวจพบว่าพระที่นั่งวิมานเมฆยังอยู่ใสภาพสมบูรณ์ จึงขอพระราชทานพระบรมราชานุญาตพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร บูรณะซ่อมแซมจัดเป็นพิพิธภัณฑ์เฉลิมพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว จัดแสดงศิลปวัตถุสมัย ร.๕ จากยุโรปและเอเชีย เปิดให้ประชาชนเข้าชม นอกจากจะมีคนไทยเข้าชมกันมากแล้วยังมีนักท่องเที่ยวจากต่างประเทศมาชมกัน นับเป็นสถานที่ท่องเที่ยวที่มีนักท่องเที่ยวต่างประเทศเข้าชมมากกว่าคนไทย เช่นเดียวกับพระบรมมหาราชวังและวัดพระแก้ว
ขณะนี้พระที่นั่งวิมานเมฆมีอายุกว่า ๑๒๐ ปีได้รับการบูรณะใหญ่อีกครั้งเริ่มในปี ๒๕๖๑ โดยรื้อลงทั้งหมดเพื่อซ่อมฐานรากที่เกิดการทรุดตัว ตัวอาคารไม้ที่ประกอบเข้าด้วยกันโดยสลักไม่ได้ใช้ตะปู ถูกถอดออกเป็นชิ้นๆรื้อลงมาทั้งหลัง เพื่อจัดทำคานคอนกรีตฐานรากใหม่ทั้งหมด พร้อมกับดีดอาคาร ๘ เหลี่ยมขึ้น ๓๐ เซนติเมตร ซึ่งขณะนี้ขึ้นปี ๒๕๖๖ ตัวพระตำหนักได้ประกอบกลับดังเดิมแล้ว คงจะเสร็จสมบูรณ์ในไม่ช้า
ภายในพระราชวังดุสิต โปรดเกล้าฯให้สร้างพระตำหนักพระราชทานให้เป็นที่ประทับของสมเด็จพระอัครมเหสี พระราชเทวี พระราชชายา เจ้าจอม และพระราชธิดา มีสวนอยู่มาก เช่น สวนสี่ฤดู สวนหงส์ สวนบัว สวนฝรั่งกังไส สวนนกไม้ สวนม้าสน สวนญี่ปุ่น สวนวิลันดา สวนโป๊ยเซียน บริเวณพระราชวังดุสิตในวันนี้จึงร่มรื่นไปด้วยต้นไม้ใหญ่ที่มีอายุมายืนยาว และมีพระตำหนักเรียงรายอยู่ ๑๗ แห่ง เช่น
พระที่นั่งอภิเษกดุสิต สร้างขึ้นในปี ๒๔๔๖ เพื่อเป็นท้องพระโรงสำหรับพระราชวังดุสิต เป็นพระที่นั่งชั้นเดียว ประดับด้วยลายไม้ฉลุเป็นลายบุหงา ปัจจุบันเป็นพิพิธภัณฑ์แสดงผลงานหัตถกรรมของมูลนิธิศิลปาชีพ
พระตำหนักสี่ฤดู เดิมเป็นพระตำหนักที่ประทับของสมเด็จพระศรีพัชรินทราบรมราชินีนาถ และสมเด็จพระราชปิตุจฉา เจ้าฟ้าวไลอลงกรณ์ กรมหลวงเพชรบุรีราชสิรินทร ทั้งยังเคยเป็นที่ประทับของ “สมเด็จย่า” สมเด็จพระศรีนครินทรา บรมราชชนนี ซึ่งขณะทรงพระเยาว์ได้ถวายตัวเป็นข้าหลวงในสมเด็จเจ้าฟ้าวไลอลงกรณ์ฯ ปัจจุบันตำหนักสี่ฤดูเป็นที่แสดงศิลปะวัตถุที่มีผู้ทูลเกล้าฯถวายพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร เนื่องในมหามงคลวกาสที่ทรงครองราชย์ ๕๐ ปีใน พ.ศ .๒๕๓๙
พระตำหนักสวนหงส์ เป็นพระตำหนักเรือนไม้สองชั้น เชิงชายประดับลวดลายไม้แกะสลัก พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าฯโปรดเกล้าฯให้สร้างพระราชทานสมเด็จพระนางเจ้าสว่างวัฒนาบรมราชเทวี ซึ่งเสด็จมาประทับพระตำหนักแห่งนี้ในช่วงปี ๒๔๔๕-๒๔๕๓ ปัจจุบันพระตำหนักสวนหงส์เป็นที่จัดแสดงภาพพระราชพิธีโบราณต่างๆ เช่น พระราชพิธีสมโภชเดือนขึ้นพระอู่ พระราชพิธีเสด็จทางสถลมารคและชลมารค พระราชพิธีตรียัมปวาย และแสดงพระบรมฉายาลักษณ์ของพระเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ ๑๐ ขณะดำรงพระยศสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชในพระราชพิธีต่างๆ
นอกจากนี้ในเขตพระราชวังดุสิตยังมีพระตำหนักที่จัดเป็นพิพิธภัณฑ์ต่างๆ ได้แก่ พิพิธภัณฑ์ภาพถ่ายฝีพระหัตถ์ พิพิธภัณฑ์นาฬิกาโบราณ พิพิธภัณฑ์ผ้าโบราณ พิพิธภัณฑ์เครื่องราชูปโภค ฯลฯ
พระที่นั่งวิมานเมฆและพระราชวังดุสิต เป็นสถาปัตยกรรมที่เชิดหน้าชูตาของประเทศแห่งหนึ่ง แต่ก็เป็นสมบัติส่วนพระองค์ และเป็นที่ระลึกถึง “สมเด็จพระปิยมหาราช” พระมหากษัตริย์ผู้เป็นที่รักของปวงชน