Гроты, украшенные внутри раковинами и туфом, в XVIII веке были почти обязательной принадлежностью больших регулярных садов.
Проект постройки Грота на берегу царскосельского Большого пруда разработал архитектор Ф.-Б. Растрелли. Работы по возведению здания проводились в 1755–1756 годах, при императрице Елизавете Петровне, внутренняя отделка была выполнена уже при Екатерине II в 1770-х годах.
Построение интерьера— скругленные углы, ниши для статуй, большие полуциркульные экседры, образующие выступы на торцевых фасадах, — характерны для архитектуры барокко. Барочной пышностью и богатством отличаются и сами фасады, декорированные сложно сгруппированными колоннами, поддерживающими разорванные фронтоны. Здание увенчивал пирамидальный фонтан со «стекающими» по граням купола струями; круглые окна обрамляли пышные композиции, состоявшие из фигур путти, дельфинов, морских растений и раковин. Все эти украшения, исполненные в середине XVIII века из дерева охтинскими резчиками, сохранились и находятся в фондах музея-заповедника «Царское Село». Маски Нептуна в замках окон, капители с дельфинами вместо волют, фигурки тритонов подчеркивают связь павильона с водной стихией. Задуманная Растрелли отделка интерьеров Грота морскими раковинами и пористым туфом если и была исполнена, то просуществовала недолго.
В 1771 году новый проект внутренней отделки павильона разработал архитектор А. Ринальди (1709–1794). Легкий, изысканный по рисунку декор стен, исполненный по его чертежам, сохранился до наших дней. В 1782 году в окнах и дверях Грота установили ажурные решетки из кованого железа, украшенные позолоченным орнаментом из листовой меди.
После окончания отделки, в 1780-х годах, павильон стали называть Утренним залом. Тогда в нем разместили изделия из цветного камня и скульптурную коллекцию Екатерины II, античная часть которой вошла в собрание скульптуры Императорского Эрмитажа, куда попала и находившаяся здесь же статуя «Вольтера в креслах» работы Ж.-А. Гудона.
Расположенная перед Гротом пристань перестраивалась в 1830 и 1872 годах. В годы Великой Отечественной войны она была почти полностью разрушена и в 1971–1972 годах отстроена по новому проекту в граните.
В настоящее время павильон используется для размещения временных выставок.