El edificio está compuesto de 2 plantas, con un pórtico de tres arcos con el que se accede vestíbulo y este último da acceso al patio central.

Al norte del palacio se encuentran la Plaza de los Mártires y el Palacio Legislativo del Estado de México; al poniente se encuentra la Catedral metropolitana de Toluca; al oriente se encuentra el Templo de la Santa Veracruz; y al sur se encuentran la Plaza Fray Andrés de Castro y los Portales de Toluca.

[2]​ La construcción del palacio fue aprobada por el presidente municipal Jesús Fuentes y Muñiz el 11 de julio de 1872 y la construcción comenzó el 15 de julio del mismo año.

El arquitecto Ramón Rodríguez Arangoiti fue el encargado de la construcción del palacio, la cual se terminó en 1883, meses después de la muerte del arquitecto Rodríguez Arangoiti.

[3]​ En 1972 se amplió el palacio municipal demoliendo los edificios aledaños, siendo estos el Museo del Estado de México y la biblioteca pública del estado.