העיצוב הפנימי של הארמון כמעט ולא השתנה מאז בנייתו. הרהיטים, שרובם עוצבו על ידי שינקל, מאופיינים בסגנון פשוט ומטופח. אחד החדרים הבולטים ביותר בארמון הוא חדר מיטת האפריון, שבו התקרה והקירות מקושטים בטפטים בצבעים כחול ולבן, המופיעים גם בחלונות ובאפריון של המיטה. חדר זה שימש כחדר אירוח עבור בני לוויה ואורחים של משפחת המלוכה. מוטיב הצבע הזה מופיע גם בתריסים של חלונות הארמון.
פטר יוזף לנה הופקד על תכנון הגנים שמסביב לארמון. הוא יצר אזור שטוח ורטוב באופן חלקי שבו היה גן אנגלי עם עצים, גדר ומתקני מים שונים. הוא גם חיבר את הפארק החדש עם פארק סנסוסי הוותיק יותר.
המרחצאות הרומיים.
המרחצאות הרומיים (Römische Bäder), השוכנים בכיוון צפון-מזרח לשארלוטנהוף, משקפים את חיבתו של פרידריך וילהלם הרביעי לאיטליה. מתחם זה הוקם בין 1829 ל-1840, ושולבו בו מספר סגנונות אדריכליים רומיים ואיטלקיים. בניית המרחצאות החלה בסמוך לסיום בניית ארמון שארלוטנהוף, וגם בהם הייתה ליורש העצר השפעה רבה על האדריכל קארל פרידריך שינקל. הבנייה בפועל של המרחצאות הופקדה בידי לודוויג פרזיוס, תלמידו של שינקל.
בית הגן ובית השומרים שלו נבנו בסגנון בית כפרי איטלקי מהמאה ה-15. בית המרחץ הרומי, שעל שמו קרוי המתחם כולו, נבנה בסגנון וילה רומית עתיקה. בנוסף, המתחם כולל גם ביתן לשתיית תה בסגנון מקדש יווני עתיק, שנבנה על פודיום. המבנים במתחם זה מקושרים באמצעות מערכת של פרגולות, ארקדות וחלקי גן.
שמות החדרים במתחם נגזרים משילוב של וילה עתיקה ומרחצאות רומיים. האטריום, שהיה החצר בבית הרומי, הוא אזור קבלת הפנים. האימפלוביום, שהוא מתקן לאיסוף מי גשם, "העניק" את שמו לחדר שבו הוא נמצא. הווירידאריום (חממה) הוא למעשה גן קטן. השמות הקשורים למרחצאות החמים הם אפודיטריום (חדר החלפת הבגדים) וקלדריום (חדר חם).
המתחם כולו שוכן ליד אגם מלאכותי שהוקם על ידי פטר יוזף לנה בזמן בניית שארלוטנהוף. בריכת המכונה קרויה על שם בית מנוע הקיטור ותחנת השאיבה הסמוכה, שנהרסה ב-1923. מעטפת הבאר היא המקום שבו שכן הבניין. מנוע הקיטור הניע את המים של שארלוטנהוף, ועננות העשן שבקעו ממנו היו סמל למורכבות הטכנולוגית של המבנה.
כנסיית השלום.
כנסיית השלום (Friedenskirche) הפרוטסטנטית שוכנת בגני מארלי. היא נבנתה לפי רצונו ובמעורבותו הגדולה של פרידריך וילהלם הרביעי, ותוכננה על ידי אדריכל החצר לודוויג פרזיוס. לאחר מותו של פרזיוס ב-1845 הופקדה העבודה בידיו של פרידריך אוגוסט שטילר. עבודת הבנייה בוצעה גם על ידי פרדיננד פון ארנים ולודוויג פרדיננד הסה. הכנסייה נחנכה ב-24 בספטמבר 1848, אך העבודות בה נמשכו עד 1854.
הכנסייה היא בזיליקת עמודים עם שלוש ספינות ללא טרנספט, ולצדה מגדל פעמונים. ארקדת קשתות מסמנת את נקודת ההצטלבות בין הספינות. האפסיס של הכנסייה מקושט בפסיפס ונציאני מקורי מהמאה ה-13, ויש עליו כתובת בלטינית המצהירה: "אדוני, אהבתי מעון ביתך ומקום משכן כבודך" ().
מול הבפטיסטריום לשעבר נמצא חדר תשמישי הקדושה, שלאחר מותו של פרידריך וילהלם הרביעי שימש באופן זמני כמאוזוליאום עבורו ועבור נפטרים אחרים מבית הוהנצולרן. גופתו של הקיסר, למעט לבו שנקבר בארמון שארלוטנבורג, נקברה בקריפטה לאחר שזו נחנכה באוקטובר 1864. שנה אחת לאחר מכן הושלם ריצוף הכנסייה.
מקומות נוספים בכנסייה הם מגדל פעמונים המתנשא לגובה של 42 מטרים, הנרתקס שמול הצד המערבי של הכניסה ונפתח אל חצר פנימית, המאוזוליאום שבו טמונות גופותיהם של פרידריך וילהלם השלישי ואנשים נוספים ממשפחת המלוכה, מרפסת היילסברון, שהיא היציאה לגני מארלי שבהם שוכנת הכנסייה, ופארק קטן שבמרכזו בריכת מים.
ארמון אורנז'רי.
ארמון אורנז'רי (Orangerieschloss), הידוע גם כ"האורנז'רי החדש שעל הקלאוסברג", נבנה בפארק בין 1851 ל-1864, בתקופת שלטונו של פרידריך וילהלם הרביעי.
התוכנית המקורית הייתה לבנות את הארמון כרחוב ניצחון, שהיה אמור להתחיל בשער ניצחון מזרחית לפארק סנסוסי, ולהסתיים בבלוודרה. הפרשי הגובה באזור זה היו אמורים להיות מטופלים באמצעות מערכת של גשרים המורכבים ממקטעים אחדים. הפרויקט השאפתני לא יצא לפועל בסופו של דבר, כתוצאה מחוסר השקט הפוליטי של אותה תקופה וממחסור במימון. רק ארמון אורנז'רי וקשת הניצחון נבנו.
בניית הארמון הייתה מבוססת על שרטוטים שפרידריך וילהלם הרביעי יצר בעצמו. האדריכלים לודוויג פרזיוס, אוגוסט שטילר ולודוויג פרדיננד הסה הופקדו על הוצאת התוכניות של פרידריך לפועל. חזית הבניין משתרעת לאורך 300 מטרים בקירוב, והיא נבנתה בסגנון הרנסאנס האיטלקי לפי המודל של וילות רומאיות כגון גלריית אופיצי שבפירנצה.
המבנה המרכזי עם שני המגדלים הזהים הוא למעשה טירה. בניין זה צמוד לאולם צמחים באורך 103 מטרים וברוחב 16 מטרים, שבצידו הדרומי יש חלונות בגובה הקיר כולו. מערכת חימום הרצפה שבאולם המערבי עדיין מתפקדת. בארמון יש קישוטים רבים, ובגומחות לאורך צד הגן של המבנה הנספח לארמון יש פסלים אלגוריים לחודשי ועונות השנה. בבניין פינתי בקצה אולם האורנז'רי היו המגורים המלכותיים ומגורי המשרתים. לאחר מותו של פרידריך ב-1861 הורתה אשתו, אליזבת לודוביקה, להקים במרפסת העמודים פסל לזכרו.
הגנים שליד הארמון עוצבו על ידי פטר יוזף לנה בסגנון הרנסאנס. בין 1843 ל-1844 הוא בנה בצד המערבי שלהם גן תענוגות, המכיל מינים רבים של פרחים אקזוטיים וצמחי עלים. האטריום, שהוא מבנה קטן הנמצא במרכז המתחם, נבנה על סמך תוכניות של לודוויג פרזיוס מ-1845. הגן הבוטני הנוכחי משמש את אוניברסיטת פוטסדאם כגן לימודי. גם החממות שבמתחם עדיין משמשות לאחסון של צמחים רגישים לקור בחודשי החורף.
בצד המזרחי נמצאים הגן הנורדי והגן הסיציליאני. חלקים אלו של הגן נבנו בין 1857 ל-1860 על ידי לנה. הגן הנורדי האפל עם עצי האורן שלו, היה אמור להיות חלק מרחוב הניצחון המתוכנן. הגן הסיציליאני נבנה דרומית לגן הנורדי, והוא ידוע בזכות הצמחים והמבנים הנמצאים בו, כגון ער אציל וארקדות.
הבית הסיני.
הבית הסיני (Chinesisches Haus) הוא ביתן גן שנבנה בהוראתו של פרידריך הגדול במרחק של כ-700 מטרים מארמון הקיץ, על מנת לקשט את גן הפרחים והירקות שלו. האדריכל שהופקד על בניית הבית הסיני היה יוהאן גוטפריד בירינג, שבין 1755 ל-1764 עיצב את הביתן בסגנון סיני שכלל עירוב בין אלמנטים של רוקוקו ואדריכלות אוריינטלית.
בניית הבית הסיני התארכה בגלל מלחמת שבע השנים, שהשפיעה לשלילה על הכלכלה של פרוסיה. הבניין שימש למטרות נוי וכאולם אירועים קטן. ב-1789 נערכו במבנה עבודות שיפוצים נרחבות שמחקו כמעט כל שריד למוצאו האוריינטלי, למעט החלונות בצורת משושה. שנים אחדות לאחר מכן, כחלק מהפעילות לפי המסורות האדריכליות שרווחו בסין באותה תקופה, נבנה בית הדרקון בסמוך לבלוודרה.
הבית הסיני בנוי בצורה דמוית עלה תלתן. הוא כולל שלושה חדרים פרטיים המכונים חדרי קבינט. גג הבניין מעוטר בכיפת קופולה, שבה יש פתחי חלונות סגלגלים דרכם חודר האור לתוך החדר המרכזי. קירות החדרים והעמודים השונים שבבית הסיני מקושטים במגוון רב של פסלים וכלי נוי, ואילו בצד הפנימי של כיפת הקופולה תלויה נברשת גדולה. הקירות במסדרונות שבין החדרים מקושטים בטפטי משי צבעוניים עם תבניות פרחים, שנחשבו ליוקרתיים באותה תקופה.
בית הדרקון.
פרידריך הגדול הורה לבנות את בית הדרקון (Drachenhaus) על המדרון הדרומי של הקלאוסברג, הגובל בקצה הצפוני של הפארק. המבנה הוקם בין 1770 ל-1772 לפי הנטייה לכיוון התרבות הסינית שרווחה באותה תקופה ועוצב בצורת פגודה סינית. האדריכל שהופקד על הבנייה היה קארל פון גונטארד.
המבנה זכה לשמו בשל 16 פסלי הדרקון שעל קצה החלקים המעוגלים של הגג. נטייתו של פרידריך לבניית פארק סיני באה לידי ביטוי בפעם השנייה בתוך שש שנים. פרידריך הגדול קיבל עידוד לבנות בסגנון המזרח הרחוק מכתביו של האדריכל הסקוטי ויליאם צ'יימברס. הספרים הללו ניתנו לפרידריך על ידי צ'יימברס עצמו, שהקים בין השאר את הפגודה הסינית שבגני קיו ב-1762.
צורתו של בית הדרקון היא מתומן, והוא כולל ארבע קומות מקושטות וחדרי מגורים עבור הייננים שעבדו בכרם הסמוך, אך הם לא התגוררו במקום בסופו של דבר. במשך שנים אחדות לאחר בנייתו הוזנח המבנה, וב-1787 נוצר צורך דחוף לשקמו. מאז אותה תקופה משמש בית הדרקון כמקום מגוריו של המשגיח של הבלוודרה שעל הקלאוסברג. במשך השנים הורחב בית הדרקון ונוספו לו חדר נוסף, חדר כביסה, ושלוש אורוות. מאז 1934 משמש בית הדרקון למטרות גסטרונומיות.
טחנת הרוח.
טחנת הרוח (Windmühle) שליד הארמון נבנתה בערך ב-1738, לאחר שפרידריך הגדול הורה לבנות אותה במקום טחנה סמוכה וישנה. פעילות הטחנה נפסקה באמצע המאה ה-19, ובמלחמת העולם השנייה נחרבה הטחנה עקב שרפה שפרצה בה. רק בשלהי המאה ה-20 החלו עבודות השיפוץ והשחזור באופן סדיר, ובמהלכן הוחלט להפוך את הטחנה למוזיאון. ב-2003 נפתח המוזיאון, ובמקרה שתנאי מזג האוויר מאפשרים זאת ניתן לצפות במקום בהפקה בפועל של דגנים.
בקומה הראשונה של הטחנה יש גלריה לאמנות עכשווית. בשתי הקומות שמעליה יש מרכז מידע על טחנות רוח, והוא מחובר לגלריה נוספת שממנה ניתן לצפות על הארמון החדש, ארמון סנסוסי והעיר פוטסדאם.
מרחצאות דיוקלטיאנוס