Здание Атаманского дворца двухэтажное, построено в стиле классицизма, имеет чёткую симметрию фасада с двумя парадными подъездами. Пространственная организация здания делится на три зоны: парадную, жилую и служебную. В соответствии с проектом экспозиции были воссозданы интерьеры ряда парадных и жилых помещений второго этажа.
Посетителя встречает прохлада обширного сводчатого вестибюля. На второй этаж из вестибюля ведёт парадная чугунная лестница, устроенная с момента постройки дворца в 1863 году. Поднимемся и мы по этой знаменитой лестнице, ступени которой помнят шаги трёх последних в русской истории монархов.
Всё пространство второго этажа делится на две симметрично расположенные анфилады. Северную анфиладу открывает Кабинет атамана, где рождались и откуда проводились в жизнь важнейшие решения в истории войска Донского. Здесь проходили заседания высших чинов войска, атаман вел приём посетителей. В дни августейших визитов в кабинете вёл приём сам император. Интерьер кабинета воссоздан с подлинной мебелью конца ХIХ в.: книжный шкаф с томами «Свода законов Российской империи», сборниками документов Сената и Госсовета, резное кресло со львами, большой письменный стол с лампой и бронзовым прибором для письма.
Интерьер Парадного зала воссоздан на начало ХХ в. по архивным фотографиям, представляя собой своеобразный документ той эпохи. Расставленные вдоль стен резные деревянные кресла, потолочная роспись в нежных пастельных тонах, бронзовая люстра с хрустальными подвесками, воссозданная в едином стиле с настенными пятисвечными бра, бронзовая фурнитура оконных рам и дверей — все эти предметы позволяют представить типичное дворцовое убранство позднего классицизма. С момента постройки дворца в Парадном зале размещалась коллекция портретов войсковых наказных атаманов и выдающихся военных деятелей войска Донского, которая ныне воссоздана в своем историческом виде.
Из Парадного зала гости проходили в сообщающуюся с ним Столовую. В дни высочайших визитов на Дон обязательной частью приёма был торжественный обед, который давала императорская семья избранному донскому обществу.
В обычные дни Столовая была местом повседневных обедов семьи атамана. Здесь помещена икона «Спас Вседержитель», с молитвы перед которой начиналась трапеза. В Столовой представлена мебель конца ХIХ — начала ХХ вв., воссоздан большой обеденный стол в окружении резных деревянных стульев. В горке представлена посуда, типичная для дворянских особняков конца ХIХ века: классический столовый сервиз завода М.С. Кузнецова, синий граненый стакан с портретом императора Николая I, половник с изображением двуглавого орла, изготовленный в память священного коронования императора Александра III в 1883 году. У противоположной стены размещен чайный стол с традиционным в конце ХIХ в. самоваром.
Из Столовой посетитель переходит в южную анфиладу дворцовых залов, где располагались жилые апартаменты семьи атамана. Начинает южную анфиладу Малая гостиная, которая использовалась для проведения камерных вечеров, небольших приемов друзей и наиболее близких к семье атамана людей. Здесь весело развлекались, проводили вечера за игрой в вист или лото, раскладыванием пасьянса, слушали граммофонные записи, музицировали. Стены Малой гостиной украшены живописью работы русских художников второй половины XIX в. Здесь помещены прекрасные образцы женского портрета, семейные портреты представителей русской аристократической элиты.
Южную анфиладу продолжает Будуар. Эта комната предназначалась для проведения досуга женской половины семьи. Украшением Будуара является прекрасной работы угловой камин, изготовленный из серого итальянского мрамора в мастерской С. Тонитто в Ростове-на-Дону.
Следующий зал южной анфилады — Большая гостиная, где среди шедевров мирового искусства, проводили свой досуг члены семьи атамана в обществе приглашенных гостей и друзей дома. Меблировка зала соответствует его назначению. В Большой гостиной находятся подлинные предметы мебели: гостиный гарнитур из девяти предметов, прекрасной работы резной стол, французский комод с мраморной столешницей и инкрустацией в технике маркетри. Классические вазы, декорирующие передний и боковые фасады комода, демонстрируют стилевые тенденции неоклассицизма.
Семья атамана графа М.Н. Граббе владела фамильной коллекцией предметов живописи и антиквариата. Часть из этих ценных предметов графиня С.И. Граббе получила в наследство от отца — известного коллекционера И.А. Всеволожского (1835-1909), занимавшего пост директора императорских театров и императорского Эрмитажа. Будучи назначен донским атаманом в мае 1916 года, М.Н. Граббе привёз в Атаманский дворец вместе со своим имуществом большую часть семейной коллекции.
