Apartamenty Królewskie
To najstarsza, centralna część pałacu. Jej dekoracje i wystrój pamiętają czasy pierwszych właścicieli –Jana III i Marii Kazimiery. Część południowa należała do króla, północna zaś do królowej. W skład apartamentów wchodzą m.in. Antykamery, Sypialnie, Wielka Sień, Gabinet Holenderski i Biblioteka Króla. Wnętrza zdobią plafony, dekoracje sztukatorskie, znakomite obrazy i wspaniałe tkaniny ścienne oraz cenne meble i liczne przykłady dawnego rzemiosła artystycznego.
Antykamera i Sypialnia Króla
Antykamera to reprezentacyjny przedpokój, w którym goście czekali na rozmowę z królem. Zgodnie z obyczajem epoki Jan III udzielał audiencji, siedząc w łóżku paradnym w swojej sypialni, podczas gdy odwiedzający stali. Tylko najbliższa rodzina i najznamienitsi goście mogli usiąść w towarzystwie władcy.
Antykamera i Sypialnia Królowej
Układ pomieszczeń królowej jest symetrycznym odbiciem apartamentów króla: Antykamera pełniła funkcję przedpokoju, Sypialnia (kamera) poza podstawowym przeznaczeniem była wnętrzem o charakterze reprezentacyjnym. Sypialnia Królowej jest niewątpliwie jednym z najbardziej okazałych pomieszczeń w pałacu.
Cztery Pory Roku
Sufity tych pomieszczeń zdobią plafony przedstawiające cztery pory roku. W Antykamerze Króla znajduje się Alegoria Zimy - symbolizująca trudy rządów, a w jego Sypialni Alegoria Lata - dobrobyt kraju pod rządami Jana III. Antykamerę Królowej zdobi plafon Jesień (aluzja do miłości Jana III i Marii Kazimiery), a Sypialnię - Wiosna (symbol rozkwitu Rzeczypospolitej pod patronatem królowej). Zachowane plafony są jednymi z najcenniejszych zabytków sztuki baroku w Polsce, wykonał je nadworny malarz - Jerzy Eleuter Szymonowicz-Siemiginowski.
Muzeum Potockich
Pomieszczenia w północnym skrzydle pałacu zachowały charakter XIX-wiecznego muzeum, otwartego w 1805 r. przez Stanisława Kostkę i Aleksandrę Potockich. Inskrypcja Cunctis patet ingressus (Wstęp wszystkim wolny) w posadzce Gabinetu przed Galerią wyraża ich przekonanie, że zbiory powinny służyć społeczeństwu. Od ponad dwustu lat prezentowana jest tu imponująca kolekcja dzieł sztuki zgromadzonych przez przedstawicieli rodu Potockich.
Apartamenty Lubomirskiej
Apartamenty należały do Izabeli z Czartoryskich Lubomirskiej. Znajdują się w skrzydle południowym oraz w tzw. pawilonie kąpielowym, dobudowanym do pałacu w ostatniej ćwierci XVIII w. Wyposażenie i dekoracje wnętrz odzwierciedlają zamiłowania artystyczne, pasje kolekcjonerskie i wyrafinowany gust księżnej Lubomirskiej. Szczególnie Łazienka wiele mówi o obyczajach epoki, osobowości i upodobaniach właścicielki.
Pokoje Chińskie i Myśliwskie
Pod koniec XIX wieku były to prywatne apartamenty właścicieli pałacu, nawiązujące do ich pasji kolekcjonerskich i myśliwskich. Wiele przedmiotów pochodzi z Dalekiego Wschodu zgodnie z ówczesną modą na chinoiserie. Perłą tej kolekcji jest japoński stół namban z 1610 r., jedyny tego typu obiekt w zbiorach polskich. W Pokojach Myśliwskich znajdziemy kolekcję sreber oraz akcesoriów łowieckich.
Galeria Magazynowa
Otwarta w 2017 r. galeria prezentuje cenne dzieła sztuki, wcześniej przechowywane w zamkniętych magazynach. Zobaczymy tu wyroby złotnicze, oryginalne tkaniny ścienne z apartamentów królewskich oraz kolekcję przedmiotów z Dalekiego Wschodu. W nowoczesnej pracowni konserwatorzy przywracają blask dziełom sztuki z kolekcji wilanowskiej. Ich pracę można obserwować przez szklaną ścianę.
Kolekcjonerstwo Potockich
Ekspozycja otwarta w 2021 r. znajduje się na piętrze pałacu wilanowskiego. Można tu oglądać znakomite obrazy z kolekcji Stanisława Kostki i Aleksandry Potockich oraz ich potomków – m.in. słynnego „Salvatora Mundi” („Zbawiciela Świata”), uznawanego niegdyś za dzieło Leonarda da Vinci. Znajduje się tu także zbiór pamiątek historyczno-patriotycznych i rycin, a także kolekcja starych pocztówek i archiwalnych zdjęć z przedstawieniami rezydencji wilanowskiej.
Elewacje
Pałacowe elewacje to znakomity przykład bogactwa form i treści architektury baroku. Rytm półkolumn, pilastrów i łuków tworzy ramy dla licznych rzeźb, płaskorzeźb i dekoracji malarskich. Odwołując się do mitologii i historii starożytnej sławią one ród Sobieskich, sprawiedliwe rządy i chwalebne czyny króla Jana III. Intensywną, charakterystyczną dla epoki baroku kolorystykę elewacji odtworzono po badaniach zachowanych oryginalnych warstw malarskich.