Первое сооружение этого ансамбля - Зимний дворец, построенный в 1754-1762 гг. в стиле барокко В.В. Растрелли. В 1780-х гг. по проекту Ю.М. Фельтена в западной части площади возвели три однотипных здания, расположенных по дуге. С противоположной стороны вдоль Миллионной Луговой улицы хаотично теснились разностильные дома. Миллионная была продолжением Большой Морской улицы и определяла восточную границу площади, располагаясь под углом к Зимнему дворцу.
Перед Росси стояла непростая задача. Сверкающий белыми колоннами, богато украшенный декоративной скульптурой Зимний дворец напоминал гигантское ювелирное изделие, которое нуждалось в достойной оправе. И гениальный зодчий создал ее, не подражая другому гению - Растрелли, но в полном согласии с его шедевром. Он построил в 1819-1829 гг. здание Главного штаба, завершившего ансамбль Дворцовой площади и гармонично объединившего разностильные строения барокко и классицизма, казавшиеся несовместимыми. А точку поставил Огюст Монферран, воздвигнув в центре ансамбля Александровскую колонну - шедевр русского ампира.
Гигантский, протянувшийся более чем на полкилометра и обращенный к Зимнему дворцу фасад Главного штаба стал великолепным обрамлением центральной площади Петербурга. Он словно обнял ее могучим размахом своих крыльев. Здание Главного штаба согласуется с расположенным напротив Зимним дворцом масштабом, этажностью, горизонтальными членениями. Здесь, как и в Зимнем дворце, ордер охватывает два верхних этажа не по всему фасаду, а только в средней части и в боковых крыльях, соединенных аркой. Арка акцентирует ось общей композиции, которую зодчий совмещает с осью Зимнего. Для этого на Дворцовую площадь пришлось вывести под углом Большую Морскую улицу, через 17-метровый пролет которой переброшена арка. А чтобы из-под нее не был виден уличный излом, Карл Росси создал не одну, а целую систему арок, словно поворачивающихся вслед за Большой Морской. Благодаря такому приему открываются прекрасные перспективы с Дворцовой площади и Невского проспекта.
Размерами и убранством арка превосходит все известные триумфальные памятники античности. Первоначальный вариант арки, одобренный императором Александром Первым, был более строгим и простым по композиции. Но Николай Первый, в 1825 г. унаследовавший престол после смерти Александра, остался недоволен чрезмерной скромностью убранства. Ему хотелось видеть торжественно-монументальное сооружение, прославляющее победу русского оружия в Отечественной войне 1812 г. Удовлетворяя вкусу высокого заказчика, зодчий сделал новый проект.
Для облегчения конструкций металлического завершения арки и колесницы англичанин М. Кларк, инженер Александровского казенного чугунолитейного завода, предложил отлить из чугуна только каркасы для всей 15-метровой группы и обложить их тонкими медными листами. В результате вес скульптурной группы уменьшился в пять раз. Это было смелое и неожиданное решение, но правильность расчетов вызвала сомнения у большинства чиновников и даже у некоторых архитекторов, так что для их проверки была создана специальная комиссия. Но Росси был так уверен в своих действиях, что, когда собирали арку и устанавливали колесницу, он поднялся на самый верх и стоял там до окончания работ. "Если арка упадет, то и я готов упасть вместе с ней!" - заявил он.
На верхнем этаже здания Главного штаба Росси создал специальное помещение для хранения архива: Николай Первый вскоре после восшествия на престол приказал привести в порядок старые документы - "акты и бумаги, относящиеся до особенных внутренних дел и важнейших происшествий в империи". Собранные вместе, они образовали архив, названный в 1834 г. Государственным. Архив принадлежал Министерству иностранных дел и размещался в Главном штабе. Зодчий сконструировал для него настоящее техническое чудо - первый в России металлический зал, вызывавший удивление современников. Сам архитектор определил его как "не относящийся к числу обыкновенных". Чтобы предохранить помещение от пожара, Росси использовал чугун - необычный для того времени материал. Восемь больших металлических дуг, поддерживая свод зала, опираются на 22 чугунные колонны в готическом стиле. Вдоль стен протянулись чугунные галереи с подъемными полками и железными шкафами. В 1832 г. в этом зале работал А.С. Пушкин, получивший высочайшее разрешение познакомиться с архивом для написания истории царствования Петра Первого.
В начале 1990-х гг. восточное крыло Главного штаба было передано Эрмитажу. Начались реставрация и подготовка помещений к новой жизни. В отреставрированных залах, выходящих окнами на Дворцовую площадь, открылись новые экспозиции. Роскошные собрания фарфора, бронзы, часов, мебели в стиле ампир из запасников Эрмитажа гармонично вписались в интерьеры Главного штаба. Здесь же можно увидеть произведения французских художников конца 19-начала 20 в., например панно Пьера Боннара и Мориса Дени, которые до этого также хранились в Эрмитаже. К 300-летию Петербурга в Главном штабе открылась еще одна экспозиция - Музей гвардии, где демонстрируются символы российской военной славы из эрмитажного собрания.
