1888'de Almanya’dan satın alınan Mauser tüfeklerinin denenmesi için yapılan atış poligonun baş tarafına, padişahın istirahat edebilmesi, talimleri seyredebilmesi için kurulmuştur.

II. Abdülhamit tarafından batı mimari üslubunda tek katlı olarak inşa ettirilen saray, ortada enine geniş bir sofa ve iki yanında kuleli kanatlardan oluşmaktadır. Bu kanatlarda odalar ve tuvalet vs. vardır. Hizmetliler, Haliç tarafından dıştan merdivenle esas kata çıkabilen iki katlı bir yapıyı kullanmaktadır. Sofa, kalem işi nakışlarla oldukça zengin bir biçimde süslüdür. Binanın dış boyası göz alıcıdır.

Kağıthane'den Sütlüce yönüne doğru sol tarafta, cadde kenarında, İmrahor Çeşmesi'nin sol karşısında bulunan Poligon Sarayı, ilk yapıldığında kuleleri soğan kubbeli ortadaki ana bina ise çatılı şekilde inşa edilmiştir. Sonraki tamiratlarda soğan kubbeler ve ana binadaki çatı kaldırılmış, mazgal benzeri unsurlar konmuştur.

İttihat Terakki'nin ünlü ismi Yakub Cemil, 11 Eylül 1916 Pazartesi günü, 14 tüfekli bir idam mangası tarafından bu kasırda kurşuna dizilmiştir.

Tamamen ayakta olmasına rağmen yerine Havagazı İdaresi Gazhanesi yapılmak üzere 1956 yılında yıktırıldı. Arazinin mülkiyeti İETT (İstanbul Elektrik Tramvay Tünel İdaresi)ne devredildi. Bu alan uzun yıllar Havagazı ve Kömür İşletmesi olarak çevreye bacasından pis dumanlar yayarak çalıştı. 1995'ten itibaren ise arazi İETT otobüslerinin garaji olarak kullanılmaya başlandı. Sahanın dip tarafına geçen yıl 1997'de İstanbul Büyükşehir Belediyesi bir spor tesisi yaptı. 1987'den bu yana arazinin içinden TEM otoyolunun viyadük ayakları yükselmektedir.

Bu saraydan günümüze kalan mimari hiç bir şey yoktur. Elde bir kaç fotoğrafı ve kartpostalı, iki tablosu ve 'Kağıthane Poligon-u Hümayun'unda İcra Olunacak Mitralyöz Müsabaka-i Endaht Programı' başlıklı on sahifelik bir broşür, o günlerdeki poligonun ve sarayının hatırası olarak kalmıştır.