Podkomorzy nadworny koronny Kazimierz Ludwik Bieliński ożenił się w 1682 z córką poety Jana Andrzeja Morsztyna, Ludwiką Marianną. Dla młodej pary, zapewne pod koniec lat 80. XVII wieku, na wyspie na jeziorze Rokola wzniesiona została wiejska rezydencja, której projekt przypisywany jest Tylmanowi z Gameren (jako autorzy brani są również pod uwagę Carlo Ceroni i Józef Fontana).

U Kazimierza Bielińskiego w Otwocku Wielkim z pewnością bywał król August II Mocny. W 1705 roku miał się tu spotkać ze swoim sojusznikiem Piotrem I - podobno właśnie wtedy wysunięty został pomysł rozbioru Rzeczypospolitej.

W latach 1947–1958 obiekt odbudowano wg projektu Jana Koszczyc-Witkiewicza i stał się siedzibą domu poprawczego dla dziewcząt. W latach 70. pałac został przejęty przez Urząd Rady Ministrów i odrestaurowany z przeznaczeniem na obiekt rządowy. Okazyjnie był udostępniany zwiedzającym. W czasie stanu wojennego w pałacu internowany był Lech Wałęsa. W latach 90. pałac został przekazany Kancelarii Prezydenta, ostatnie lata pieczę nad pałacem sprawowało Ministerstwo Spraw Wewnętrznych i Administracji. W 2004 użytkownikiem pałacu w Otwocku Wielkim zostało Muzeum Narodowe w Warszawie, które utworzyło w nim swój oddział – Muzeum Wnętrz. Po przeprowadzeniu niezbędnych prac adaptacyjnych i zaaranżowaniu pomieszczeń wewnątrz pałacu od 7 lipca 2004 muzeum jest udostępnione dla zwiedzających.