شمس العماره یکی از بناهای موجود در مجموعه کاخ گلستان است که در ضلع شرقی قرار گرفته و بلندترین بنای این مجموعه است. ناصرالدین شاه با دیدن بناهای بلند اروپایی به این فکر افتاد که بنایی بلند بسازد و از فراز آن طبیعت ییلاقی اطراف تهران را ببیند، بنابراین در سال 1282 هجری قمری دستور ساخت این بنا را صادر کرد و دوستعلی خان نظام الدوله معیرالممالک مامور ساخت این بنا شد. این عمارت زیبا در مدت دو سال و در پنج طبقه با معماری محمد علی کاشی احداث شد. ساخت بنا در 1284 هجری قمری به پایان رسید و خود معیرالممالک هزینه ساخت آن را متقبل شد. بنا با انواع مبلمان لوکس و اشیا دیگر تزیین می شود که هنوز هم قابل مشاهد است. نمای بیرونی بنا یکی از زیباترین کاشی کاری های کاخهای ایرانی است.

بنا با ارتفاع حدودا 35 متری، پنج طبقه داشته و دو برج بلند به همراه یک ساعت بزرگ در میان دو برج در انتهای طبقات به چشم می خورد. نمای بیرونی ترکیبی از معماری سنتی ایرانی و همچنین معماری غربی است. این عمارت نخستین بنایی در ایران است که در اسکلت آن از فلز استفاده شده است. در نمای بیرونی کاشی کاری های ظریف ایرانی با ترکیبی از رنگ های زرد و صورتی و آبی به چشم می خورد و ترکیب شیر و خورشید نیز در بالای عمات به چشم می خورد. نقاشی یک گروه موزیک با لباس سربازان قاجار نیز در پایین ایوان دیده می شود که بسیار زیباست. طبقه اول شامل یک ایوان و شاه نشین و دو گوشواره بناست. 

تالار شاه نشین با ظرافت تمام و هنر گچبری و آیینه کاری ظریفی آراسته شده است و رنگهای دلنشینی در این تالار وسیع و زیبا به کار رفته است. کف تالار نیز با کاشی های بسار زیبا و هزار رنگ آراسته شده است. این تالار مشرف به یک ایوان است که ایوان نیز با آیینه کاری و گچ بری به طرز زیبایی آراسته شده و دو ستون سنگی تراش خورده از جنس سنگ مرمر در آن به چشم می خورد. ایوان مشرف به باغچه و حوضی بوده که در حیاط قرار داشته است. دو گوشواره نیز در دو طرف بنا قرار دارد که محل ورود به تالار شاه نشین بوده است. چند اتاق در طبقات بالایی بنا به چشم می خورد که تزئینات آنچنانی ندارد. در طبقات بالاتر نیز دو اتاق تعبیه شده است که در برج ها واقع شده و با همدیگر از طریق پشت بام مرتبط بوده اند.

آخرین طبقه که کلاه فرنگی نیز نامیده می شود دارای کاشی کاری های زیبا در کف و بر روی دیوارهاست و نقاشی، مشبک کاری، گچ بری و آیینه کاری زیبایی در آن به چشم می خورد. این قسمت بنا همان مکانی است که ناصرالدین شاه و همسرانش در آن به تماشای طبیعت اطراف تهران میپرداختند. در میان این دو برج ساعتی دارد که ملکه ویکتوریا خود به ناصرالدین شاه قاجار هدیه داده است. این ساعت به مدت یک قرن از کار افتاده بود و در سال 1391 مورد بازسازی قرار گرفته و دوباره مشغول به کار شده است. عمارت زیبای شمس العماره در سال 1378 بعد از یک دوره مرمت به روی علاقمندان گشوده شده است.