Nel 1676 Luigi XIV re di Francia acquistò le signorie di Marly-le-Chatel e Marly-le-Bourg e le unificò in un'unica signoria: Marly-le-Roi. Il nuovo centro si ergeva su una collina presso la Senna, ai margini di una foresta, e ben presto il sovrano desiderò crearvi un luogo di « delizie ». Nel 1679 affidò a Jules Hardouin-Mansart e a Robert le Cotte il progetto di un palazzo atto a ricevere pochi privilegiati. Per ragioni economiche tutti gli edifici furono affrescati in trompe l'oeil sotto la direzione di Le Brun.
La residenza fu completata in gran parte nel 1684, anno in cui Luigi XIV vi si recò per la prima volta.
Il palazzo era circondato da un bellissimo parco e comprendeva un grande padiglione, simbolo del sole, fiancheggiato da altri dodici padiglioni rappresentanti i segni zodiacali. Il padiglione del sole era destinato alla famiglia reale e comprendeva gli appartamenti del Re e della Regina; di Monsieur e di sua moglie, la Principessa Palatina.
L'appartamento del sovrano era posto in direzione del castello di Saint-Germain-en Laye, sua città natale.
Il padiglione reale in un dipinto di Pierre Denis Martin
Gli altri 12 padiglioni si dividevano in 6 padiglioni est e in 6 padiglioni ovest; erano destinai agli ospiti e quelli più vicini al padiglione reale erano ovviamente i più ambiti e i più invidiati. Ma non è tutto: i due padiglioni più lontani a quello reale erano quelli dedicati alla scienza: furono realizzati per ospitare i due globi di Coronelli, 2 mappamondi di dimensioni gigantesche la cui funzione era quella di mostrare ai visitatori il mondo intero da vicino.
I due Globi di Coronelli
Essere invitati a Marly era considerato un grandissimo onore: i nomi degli invitati venivano esposti pubblicamente a Versailles un paio di giorni prima della partenza.
Marly era soprattutto un luogo di divertimento e di festa e l'etichetta, al suo interno, veniva parzialmente abolita; la natura era la protagonista e il parco, per il quale furono impiegati 400 giardinieri, era abbellito da stagni e fontane e da un grande abbeveratoio ornato con i cavalli scolpiti da Coustou, che oggi si trovano all'entrata degli Champs-Elysées.
La grande altalena nei giardini di Marly: i giochi all'aperto erano di rigore in questa residenza
La grande cascata fu realizzata nel 1699 da Mansart ma sotto il regno di Luigi XV fu distrutta e il marmo utilizzato per la sua realizzazione fu impiegato per le chiese di Saint-Sulpice e Saint-Roch a Parigi. Molte delle sculture che decoravano il parco oggi si trovano al Louvre.
La cascata della reggia in una stampa settecentesca
Pietro il Grande, nei primi anni del Settecento si ispirò a Marly per la realizzazione del parco di Peterhof; Villa Marlia in Toscana (termine italianizzato di Marly) fu costruita su modello di questa residenza.
La proprietà fu progressivamente abbandonata sotto i regni di Luigi XV e di Luigi XVI. L'ultima visita reale si ebbe nel luglio del 1789 e pochi mesi dopo il palazzo fu saccheggiato dai rivoluzionari.
Nel 1799 il castello fu acquistato dall'imprenditore Alexander Sagniel che volle installarvi un mulino per il suo cotonificio. In pochi anni la fabbrica fallì e la residenza fu venduta a Bonaparte che ne ordinò la demolizione definitiva.