این کاخ، بزرگترین کاخ موجود در مجموعه کاخ سعدآباد است، که به‌علت رنگ سفید نمای آن، به کاخ سفید شهرت یافته‌است. این بنا، علاوه بر آنکه اختصاص به امور اداری و تشریفاتی دوران پهلوی دارد، اقامتگاه تابستانی شاه و همسرش فرح، به حساب می‌آمد. این کاخ، شامل ۵۴ واحد مختلف، از جمله ۱۰ تالار تشریفاتی می‌باشد که وسیع‌ترین آن، تالار کاخ می‌باشد، که سفره خانه‌ای به مساحت ۲۲۰ متر مربع دارد. بنای کاخ، به دستور رضاشاه، در سال ۱۳۱۰ خورشیدی آغاز گردید و در سال ۱۳۱۵ خورشیدی به پایان رسید. نقشه کاخ، اثر مشترک مهندس خرسندی و مهندس بوریس روسی می‌باشد. گچ‌بری‌های زیبا و ظریف درون کاخ، کار استادانی چون غلامرضا پهلوان، عبدالکریم شیخان، حسین کاشی و رضا ملائکه است. سنگ‌های مرمر سرسراها، از معادن شهرهای یزد و تربت حیدریه، تهیه شده و سنگ‌فرش کف‌ها، توسط استاد لرزاده انجام شده‌است. نمای بیرونی کاخ، به سبک ایرانی-رومی است، که چهار ستون اصلی بزرگ در چهارسوی سرسرا و چهار نورگیر، در اطراف سقف مرکزی می‌باشد. پرده‌های بزرگ نقاشی رنگ روغن، با موضوع داستان‌های شاهنامه که در اطراف نورگیر سرسرای طبقه اول است را استاد حسین بهزاد و شاگردانش، در سال ۱۳۲۰ خورشیدی به پایان رساندند. تالارهای بزرگ تشریفاتی کاخ، به سبک اشرافی فرانسه تزئین گردیده‌است. از با ارزش‌ترین آثار این گنجینه، فرش‌های نفیسی است که نهایت ذوق و هنر بافندگان هنرمندان ایرانی را نشان می‌دهد. بزرگترین فرش این کاخ، ۱۴۵ متر مربع و دارای ۱۴۰ رج می‌باشد که با نقش مایه شمسه و قندیل، زینت بخش سفره خانه‌است. در سرسرای طبقه همکف، مجموعه‌ای از سفالینه‌های ایران، از هزاره چهارم پیش از میلاد تا سده هفتم هجری و همچنین کریستال‌هایی از دوره قاجار نگهداری می‌شود. پوشش دیوار تالارها، از پارچه‌های نفیس ابریشم، اطلس و تافته است. لوسترهای ساخت ایتالیا، فرانسه و چک-اسلواکی، روشنایی بخش تالارهای وسیع این کاخ است، که بزرگترین آن، دارای ۱۰۸ شاخه‌است. سه چلچراغی که تالار سفره خانه طبقه اول را روشن می‌کند و همچنین میز تحریر موجود در این سفره‌خانه، متعلق به ماری آنتوانت، ملکه فرانسه‌است. کاخ سفید، در زمینی به مساحت ۲۱۶۴ متر مربع، در دو طبقه، در زیربنایی در حدود ۵۰۰۰ متر مربع، ساخته شده‌است.