В 1847-1848 годах архитектор Андрей Штакеншнейдер принимается перестраивать бывший дворец княгини Анны Белосельской на Невском проспекте. Здание строится на месте небольшого дворца, спроектированного в стиле классицизм архитекторами Жаном Тома де Томоном Фёдором Демерцовым. Здание дворца Белосельских-Белозерских в Санкт-Петербурге построено в стиле нового барокко, стиль чем-то напоминал дворцы архитектора Бартоломео Растрелли, поэтому автора дворца стали называть «преемником изящного вкуса и искусства графа Растрелли».
Штакеншнейдер реализовал желание князя Константина Белоселького-Белозерского. Сам род Белосельских ведет свое начало от князя Владимира Мономаха. Родственный ему род князей Белозерских более позднего происхождения. К концу XVIII века этот род стал угасать, и чтобы сохранить фамилию в будущем потомки стали именоваться Белосельскими-Белозерскими в память о заслугах их предков перед Русью.
Андрей Штакеншнейдер перестраивал корпусы и добавлял новые флигеля, в отделке фасада дворца Белосельских-Белозерских в Санкт-Петербурге были использованы приёмы барокко, а прототипом стал Строгановский дворец самого Растрелли. Портики из коринфских колонн и пилястр, фронтоны, наличники и фигуры атлантов придали зданию дворца Белосельских-Белозерских в Санкт-Петербурге пышность и торжественность.
Работами по внутренней отделке дворца Белосельских-Белозерских в Санкт-Петербурге руководил скульптор Давид Йенсен. По его моделям выполнены скульптуры атлантов. Интерьер дворца Белосельских-Белозерских в Санкт-Петербурге украшен камином, парадной лестницей, кариатидами, канделябрами, ажурной решёткой, зеркалами, деревянными панелями с шёлком. Внутри здания дворца Белосельских-Белозерских в Санкт-Петербурге также были построены концертный зал и церковь.