کاخ تاریخی چهلستون در میان بقایای باغ سلطنتی قدیمی و با کاربری جدید موزه قزوین واقع شده است. این بنا از یک عمارت دو طبقه با فرم پلان هشت ضلعی تشکیل شده است که طبقه زیرین آن شامل یک سالن مرکزی بزرگ با چهار خوابگاه سلطنتی در چهار طرف و اتاق های کوچک است. در چهار زاویه آن متفاوت است و هنگام تعمیر بنا و آماده سازی آن برای موزه ، بر روی دیوارها و بدنه طاقهای تالار و اقامتگاهها و اتاقهای سلطنتی ، آنها طرحهای مینیاتوری شاه طهماسب اول را پیدا کرده اند چندین مرحله از تعمیرات این بنا در دوره صفویه چندین بار مینیاتورها را با گچ پوشانده و نقش دیگری را به جای نقش های قبلی ترسیم کرده است. پذیرایی شاه طهماسب اول از همایون شاه هندی ، که در سال 951 هجری قمری به ایران پناهنده شد ، در همان کاخ چهلستون قزوین برگزار شد (تصویری از این استقبال سلطنتی در تالار چهلستون اصفهان ترسیم شده است). در دوره قاجار ، تعمیرات و مشاغل موجود در کاخ چهلستون ، به ویژه طبقه فوقانی ، به سبک ساختمان های دوره قاجار تغییر یافته و قسمت میانی ضلع شمالی ایوان اطراف آن طبقه برای ساختن پله های اصلی ساخته شده است (در عصر صفوی ، پله های کاخ در گوشه ای از ساختمان واقع شده بود). کاخ چهلستون قزوین تا چند سال پیش مقر فرمانداری آن شهر بود و چند سالی است که به عنوان موزه آثار هنری و تاریخی قزوین مورد استفاده قرار می گیرد.