Talvipuutarhan paikalla oli aikaisemmin avoimen taivaan alla oleva Riippuva puutarha, jonka oli suunnitellut Antonio Rinaldi. Katariina II:n määräyksestä Rinaldi suunnitteli koko Marmoripalatsin, jota rakennettiin vuosina 1768 – 1785. Riippuvan puutarhan suunnitteli uudelleen Aleksandr Brjullov vuonna 1846, kun hän teki osassa huoneita uudistuksia Suuriruhtinas Konstantin Nikolajevitšin ja suuriruhtinatar Aleksandra Josifovnan häitä edeltävänä aikana. Riippuva puutarha katettiin kasettikatolla, joka tukeutui kahteen metallipylvääseen. Tilan eteläseinä on lasia. Omenapuiden ja kirsikkapuiden tilalle istutettiin eksoottisia kasveja, uuteen puutarhaan tuotiin marmoripatsaita ja keskelle rakennettiin suihkulähde. Kolme kaariholvea yhdistää tämän puutarhan kukkapuutarhaan.
Vuonna 2005 alkaneiden restauraatiotöiden aikana on entisöity suihkulähde, neljä lasista ja kullatusta pronssista valmistettua lattiavalaisinta ja suuri kolmiosainen lasiovi, joka johtaa Tsaarin huoneeseen. Venäläisen museon kokoelmista tilaan on tuotu kaksi veistosta: Mandoliinia soittava napolilainen kalastaja (taiteilija Bok, vuodelta 1862) sekä Perhosta lennättävä Amor (taiteilija Popov, vuodelta 1872). 1800-luvun istutusten palauttaminen entiseen asuunsa antaa puutarhalle historiallisen vaikutelman.
