
Palác Karla V. stojí uprostřed Alhambry (královského města) nad Granadou. Nádvoří paláce je spolu se sousední bránou Spravedlnosti a bránou Vína volně přístupné v běžnou denní dobu. Návštěvníci, kteří nemají vstupenku do Alhambry, mohou volně projít bránou Spravedlnosti na jižní straně Alhambry. Tento vstup je také pro ty, kteří již vstupenky do Alhambry mají u sebe a nemusí tak jít do pokladny na východním konci Alhambry.
V přízemí paláce Karla V. je dnes muzeum Alhambry (Museo de la Alhambra). To je zaměřeno na španělskomuslimské umění s expozicí nálezů z vykopávek. V prvním patře je muzeum výtvarného umění (Museo de Bellas Artes de Granada), zaměřené na umění 15. až 20. stol. Ke vstupu je zapotřebí mít vstupenky. Na severní straně palác sousedí s Nasridskými paláci. Západně od něj je vstup do hradu (alcazaby).
Přízemí zdobí výrazné bosování. První patro je od přízemí odděleno římsou. Ve středu západního a jižního průčelí jsou rizality s dvojitými pilastry na úrovni obou podlaží. Pilastry zdobí také celé první patro tří průčelí a část průčelí severního. V přízemí jsou pomyslné pilastry zhotovené ze silnějšího bosování. Nad každým obdélným oknem je v obou podlažích také okno kruhové. Stavba tak kombinuje pravý úhel s kruhem nejen půdorysně, ale také ve svém exteriéru. Severní průčelí je částečně přistavěno ke staršímu Nasridskému paláci Comares. Chyba při plánování způsobila drobný zásah do muslimského paláce a následné úpravy obou staveb. Hlavní vstup je i dnes v západním průčelí. Kruhové nádvoří je na úrovni obou podlaží lemováno arkádami. Na kruhových sloupech spočívají ploché překlady. V severovýchodním nároží je polygonální kaple. Ta z hmoty paláce nevystupuje. Celkově palác působí velmi hrubým a těžkým dojmem, obzvlášť ve srovnání s jemnou a lehkou architekturou muslimských paláců. V 19. stol. na něj bylo pohlíženo v podstatě jako na slona v květinové zahradě. Dnes je vyzdvihován pro svou vlastní architektonickou hodnotu. Navíc kombinací čtvercové stavby s kruhovým nádvořím je velmi unikátní. Podobný koncept byl uplatněn například při stavbě Královské pokladnice v Londýně na přelomu 19. a 20. stol..
Římský císař Karel V. (1519-1556) navštívil Granadu po svém sňatku s Izabelou Portugalskou v roce 1526. Při této příležitosti byl ubytován v Alhambře. Protože z ní chtěl udělat své hlavní sídlo, bylo zapotřebí provést úpravy. Za tímto účelem pověřil velitele Alhambry, Luise Hurtado de Mendoza, druhého markýze z Mondejar, stavbou nového renesančního paláce. Markýz pak získával finanční prostředky na stavbu například zdaněním původních granadských muslimů výměnou za to že si mohli ponechat některé své zvyky. Dávno pryč byla mírová smlouva z roku 1492, která muslimům zaručovala svobodu vyznání výměnou za mírové vydání města křesťanům. Palác je dnes pojmenován po svém zakladateli jako palác Karla V. (Palacio de Carlos V). Na jeho místě stála v době Nasridských sultánů křesťanská čtvrť. Císař ale nedal markýzi žádné přesné instrukce, co vlastně chce nechat postavit. Dne 30. listopadu 1527 pak napsal, že chce prostorný velký sál v čele stavby a kapli pro svatou mši. Stavbou paláce byl pověřen Pedro Machuca. Projekt byl inspirován renesanční italskou architekturou. Bylo rozhodnuto postavit čtvercový palác s kruhovým nádvořím ve středu. Po Machucově smrti v roce 1550 ve stavbě pokračoval jeho syn Luis a později Juan de Orea. Karel V. se dokončení paláce nedožil. V roce 1637 došlo k úplnému zastavení stavby. Hrubá stavba byla sice dokončena, interiéry ale nikoli. K využití paláce nakonec došlo teprve ve 2. pol. 20 stol. pro účely dnešního muzea. Do té doby nebyl palác vůbec zastřešený..