Ольгин павильон, построенный в 1846-1848 годах по проекту А.И. Штакеншнейдера стал подарком императорской четы дочери Ольге к ее свадьбе в 1846 году. Павильон создан в виде трехэтажной башни, выступающей из воды, и напоминает неаполитанские постройки. На каждом этаже находится по комнате: столовая, кабинет Ольги Николаевны и кабинет Николая Первого. Пергола, лестница-пристань, балконы над гладью пруда, смотровая площадка бельведера соединяют комнаты павильона с окружающим пространством парка, делая павильон открытым свету и воздуху. Строгое архитектурное решение оживляет скульптурное убранство: бюсты в нишах фасадов и на консолях второго этажа, барельефы, стоки для дождевой воды в виде фантастических животных. Лестницу-пристань украшают беломраморные вазы на постаментах желтого сиенского мрамора.

Ансамбль создан как зримое воспоминание о Палермо, где в 1845-1846 гг. будущая королева Вюртемберга Ольга Николаевна вместе с императрицей Александрой Федоровной провели несколько счастливых месяцев, и где состоялась встреча и помолвка великой княгини с наследным принцем Карлом Вюртембергским.