С Зеленой столовой начинаются личные покои в северной части дворца, созданные в 1770-х годах по указу Екатерины II для великого князя Павла Петровича (будущего императора Павла I) и его первой супруги Натальи Алексеевны.
Эти помещения возникли на месте висячего сада — огромной террасы, сооруженной Ф. Растрелли. Одним из торцов этого своеобразного зала под открытым небом был фасад дворцовой церкви, вместо штучного паркета в нем пестрели барочные цветники, а мебель состояла из каменных скамеек, установленных в тени фруктовых деревьев. Однако со временем сад стал источником сырости во дворце, и в 1773 году по указу императрицы архитектор В. И. Неелов (1722–1782) построил на его месте «Покой Их Высочеств».
Архитектурно-художественное убранство новых интерьеров в 1779 году выполнил Ч. Камерон. В это время покои занимала вторая супруга будущего императора Павла I — великая княгиня Мария Федоровна.
Нежно-зеленые стены столовой покрыты белым лепным орнаментом на мотивы росписей античных вилл. Среди фрагментов классической архитектуры, греческих ваз и виноградных лоз выделяются фигуры юношей и девушек в античных одеяниях. Скульптурное убранство дополняют медальоны с танцующими амурами и многофигурные композиции на мифологические сюжеты, рельеф которых подчеркнут розовым фоном. Двери Зеленой столовой украшены гротескным орнаментом, восходящим к древнеримским росписям. Наиболее эффектно решена северная стена комнаты, в центре которой установлен мраморный камин с кронштейнами в виде львиных голов и лап. Весь лепной декор Зеленой столовой выполнен русским скульптором И. П. Мартосом (1754–1835).
В 1820 году в помещении Дворцовой церкви возник сильный пожар, от которого значительно пострадали залы, созданные Ч. Камероном. По указанию императора Александра I была учреждена комиссия во главе с архитектором В. П. Стасовым для исправления сгоревшей части здания на основе сохранившихся фрагментов отделки и авторских чертежей Камерона, приобретенных графом Х. Ливеном в 1822 году в Лондоне у наследников архитектора. Убранство Зеленой столовой восстановили в прежнем виде: лепщик Заколупин реконструировал лепной декор стен; скульптор Ф. Трискорни реставрировал мраморный камин; заново был набран паркет из разных пород дерева. Живописный плафон, украшавший столовую в конце XVIII века и погибший при пожаре, В. П. Стасов воссоздавать не стал, оставив потолок белым.
В 1855 году по распоряжению императора Николая I архитектор А. И. Штакеншнейдер подготовил проект оформления помещений бельэтажа Большого Царскосельского дворца (прежде всего потолков) с дополнением живописных вставок, полотна для которых предполагалось подобрать в кладовых Императорского Эрмитажа. Согласно этому проекту в центр потолка Зеленой столовой была вмонтирована картина итальянского художника А. Каноппи «Торжество Бахуса» в обрамлении золоченых лепных орнаментов и декоративных живописных медальонов. В 1863 году в этой части дворца вновь случился пожар, повредивший потолки, но плафонную живопись удалось снять и спасти. После реставрационных работ, которыми руководил архитектор Придворной конторы А. Ф. Видов, Зеленой столовой вновь было возвращено архитектурно-художественное убранство времени Ч. Камерона.
Во время Великой Отечественной войны залы Камерона были частично разрушены и разграблены; плафонная живопись погибла. В 1957 году именно с этих залов начались реставрационные работы во дворце по проекту А. А. Кедринского. Лепное убранство столовой реставрировали скульпторы Г. А. Михайлова и Э. Г. Масленников. Двери были расписаны по образцу одной из сохранившихся створок.
Паркет набрали по старому рисунку из дуба, светлого клена и красного дерева. Потолок же, за неимением подлинных живописных композиций и иконографии плафонов, оставили белым.
Сегодня убранство Зеленой столовой дополнено стульями, бронзовой каминной решеткой и каминными приборами, выполненными по рисункам Ч. Камерона специально для этого интерьера, а также канделябром работы П. Гутьера и «Московским сервизом», изготовленным на заводе Ф. Гарднера по заказу хозяев этой части дворца — великого князя Павла Петровича и его супруги Марии Федоровны. Предметы столового сервиза, изысканные по форме и цветовому решению, декорированы вензелями владельцев.
