La construcción de este hermoso palacio y el diseño de sus jardines se debieron a un antojo de María de Médicis, quien cansada de las intrigas reales en el Palacio del Louvre y añorando su tierra natal, la Toscana, decidió comprar estos terrenos, entonces fuera del radio urbano de Paris, y construir su propio palacio "a la italiana".

Después de algunas negociaciones, la reina logró comprar en 1612 la residencia de un duque de la zona, llamado François de Luxembourg. A pesar de sus intentos por llamarlo "Palacio de Médicis" y a los distintos cambios de propietario que siguieron con el paso del tiempo, el palacio siempre fue conocido por el nombre de su antiguo dueño.
Inmediatamente, María de Médicis convocó al arquitecto Salomon de Brosse para que diseñara su palacio al estilo del Palacio Pitti de su Florencia natal, para lo cual hizo demoler totalmente la residencia adquirida. Para la realización de los jardines también tuvo que comprar y demoler otras residencias, y sólo luego de la muerte de María de Médicis, hacia fines del siglo XVIII, los jardines alcanzaron un tamaño considerable.

El gran palacio pasó por diferentes propietarios de la nobleza hasta que durante la Revolución fue confiscado como bien nacional. Sirvió de prisión durante la época del Terror y ya en el siglo XIX, tras diferentes trabajos de acondicionamiento pasó a ser sede del Senado hasta la actualidad.

Los jardines que María de Médicis hizo preparar para ella estaban rodeados por una grilla recubierta en la parte superior por hojas de oro, las que aún encierran el parque. A pesar de los trabajos urbanísticos que abrieron calles y boulevards y restaron espacio a los jardines, el encanto de sus avenidas pobladas de castaños, tilos, plátanos y otras especies exóticas permanece intacto. Excepto cuando hay nieve, el jardín se viste de flores de variedades diversas según la estación y se realizan conciertos gratuitos al aire libre, al tiempo que los parisinos disfrutan de los diferentes espacios: Canchas de tenis, de petanque, juegos infantiles...

Cursos de introducción a la apicultura se dictan también en los Jardines de Luxemburgo. Tradicionalmente, la miel obtenida en sus colmenas es vendida en otoño en la Orangerie del jardín. Los amantes de la naturaleza tienen la posibilidad de hacer cursos de arboricultura aprovechando la gran variedad de árboles, especialmente frutales (más de mil especies, entre ellas, seiscientas diferentes de manzanos y perales). Junto al gran estanque que se encuentra frente al palacio, decenas de sillas verdes de hierro forjado son ocupadas por estudiantes absortos en sus libros o simplemente por perezosos que disfrutan de la tibieza del sol.