Das Orangerieschloss ist mit 300 Metern Länge eines der größeren Schlösser im Park Sanssouci. Wie in allen seinen Bauwerken lässt sich in diesem Schloss die Sehnsucht Friedrich Wilhelms IV. nach Italien eindeutig erkennen. Inspirieren ließ er sich unter anderem von der Villa Medici in Rom und den Uffizien in Florenz.
Während die Flügel des Gebäudes im Sommer damals wie heute leer stehen, dienen sie auch heute noch im Winter als warmes Quartier für die subtropischen Kübelpflanzen aus dem Park. Im Mittelbau befand sich eine Gästewohnung, die der König speziell für seine Schwester Charlotte einrichten ließ.
Schmuckstück des Orangerieschlosses ist der Raffaelsaal. In dieser zweistöckigen Galeriehalle hängen über 50 Kopien von Gemälden des Renaissancemalers Raffael (1483–1520). Der Raffaelsaal dient gelegentlich als stilvolle Kulisse für Konzerte.
Die Türme und die Turmgalerien des Schlosses bieten einen herrlichen Blick über den Park Sanssouci, die Mühle sowie zum Krongut Bornstedt.