Conçu par les architectes Auguste Mourcou et Henri Contamine, le palais Rameau a été construit entre 1875 et 1879.
Il fut financé par Charles Rameau, riche agronome et président de la Société lilloise d'horticulture qui souhaita que l'on édifie à sa mort un monument portant son nom et qui serait «destiné principalement à recevoir des expositions horticoles et exceptionnellement des fêtes musicales et expositions artistiques». A cette fin, il fit don à la ville de trois cent mille francs en juillet 1875, ce don qui se révéla insuffisant fut complété par un nouveau don de cinquante mille francs et légua sa maison. Cette donation comportait plusieurs conditions strictes que la ville s'engageait à respecter. Premièrement, le palais devait être réservé à l'horticulture et à la musique. Ensuite, un fraisier, un plant de pomme de terre, un pied de vigne, un dahlia et un rosier devaient être entretenus à perpétuité sur sa tombe. Enfin, il fallait prendre soin de ses deux chèvres tibétaines et de leurs descendantes.
Le palais, achevé en 1879, trois ans après la mort de Charles Moreau, coûta finalement plus de huit cent mille francs.
L'édifice de style orientaliste et d'une hauteur de 25m possède une façade surmontée de deux tétraèdres et prolongée par une serre horticole circulaire en fonte surplombée d'une immense rotonde de verre.
Le palais fut également utilisé par les forces d'occupation allemandes dès octobre 1914 afin d'y stocker de nombreux objets et matériaux réquisitionnés, comme hébergement pour les prisonniers revenant d'Allemagne et comme centre d'examens pour les scolaires dans les années 1950 et 1960.
Classé en 2002, le palais connut également une restauration partielle lors de Lille 2004
