Von Anfang an waren Schloss, Park und Wasserflächen als ein Gesamtkunstwerk entworfen worden, die sich gegenseitig ergänzen. Dem Gebäudekomplex nach Norden vorgelagert ist eine künstlich geschaffene Teichanlage, der Spiegelweiher.

Im Westflügel von Schloss Benrath befindet sich das Naturkundliche Heimatmuseum zu Themen wie Landschaftsgeschichte, Ökologie, Flora und Fauna. Die geographischen Schwerpunkte liegen auf dem Niederrhein und dem Bergischen Land. Das im Ostflügel des Schlosses untergebrachte Museum für Europäische Gartenkunst zeigt Konzepte europäischer Gartenarchitektur, dazu Skulpturen, Gemälde und Porzellan.
Baumeister war der Franzose Nicolas de Pigage (1723-1796). An gleicher Stelle befand sich bereits ein älteres Wasserschloss, das weitgehend abgetragen wurde. Die Orangerie am Ostrand der Anlage gehört zu den Überresten dieses alten Schlosses.
Entsprechend der aufgeklärten Haltung des Kurfürsten erschuf Pigage eine Architektur die sich vom Spätbarock löst und Übergänge zum Klassizismus zeigt. Dies wird unter anderem erkennbar an der funktionalen, nüchtern gehaltenen Außenfassade der Gebäude, dem wohl aber ein prunkvoll ausgestattetes Inneres gegenübersteht.
Südlich des Gebäudekomplexes erstreckt sich eine 612000 Quadratmeter große Parkanlage. Der Park bildet eine konzeptionelle Einheit mit dem Schloss. Der Umriss ist quadratisch, Wege führen sternförmig zu einem Rondell in seiner Mitte. Bereits das alte Wasserschloss an dieser Stelle verfügte über eine Gartenanlage, die mit dem Neubau des Schlosses erweitert und später mehrfach umgestaltet wurde. Dabei wurden zwei gegensätzliche Parkkonzepte bewahrt. Im Ostteil liegt ein nach strengen geometrischen Formen ausgerichteter französischer Park, während im Westen ein naturnaher englischer Landschaftspark erschaffen wurde, der in seiner heutigen Form auf den bekannten Gartenarchitekt Maximilian Friedrich Weyhe zurückgeht.