Проектировку и строительство здания в 1863 году осуществлял академик И.О. Вальпреде. Решение фасада здания выдержано в лучших традициях классицизма.
Сдвоенные пилястры на торцах угловых ризолитов, соединенных навесным, на чугунных кронштейнах, балконом, украшенным декоративной литой решеткой, входы, решенные в виде открытых порталов, - придают зданию облик дворца.
Этому впечатлению способствует и богатое убранство интерьера: высокие, залитые солнечным светом сводчатые парадные залы, декоративная лепнина и росписи, кафельные печи, огромные отделанные мрамором камины, резная мебель, инкрустация.
Примыкающий с тыльной стороны небольшой внутренний дворик был распланирован дорожками, украшен цветниками и резной деревянной беседкой, поставленной на возвышении уцелевшего от основания города холма.
В одном из залов была выставлена галерея портретов выдающихся военных деятелей Дона прошлого. В восточной стороне дворца была устроена домовая церковь во имя преподобного Симеона Персианина, отмеченная на фасаде позолоченной главкой на тонком барабане. Атаманский дворец служил еще и резиденцией царю и наследникам престола на время их приезда в Новочеркасск.
В этом здании трагически оборвалась 1918 году жизнь донского атамана А.М. Каледина. Дворец хорошо сохранился, кроме церкви, освященной и открытой в 1869 году на втором этаже. Сейчас Атаманский дворец является филиалом Музея истории донского казачества.
На 1-м этаже Атаманского дворца размещены различные музейные экспозиции. На 2-м этаже созданы интерьеры парадных помещений, Большая гостиная, Столовая, Кабинет атамана. На этом же этаже открыта мемориальная комната донского атамана А.М. Каледина. Планируется воссоздание домовой Симеоновской церкви, в притворе которой хотят разместить материалы по истории Донской епархии с 1829 по 1920 гг.