Расцвет усадьбы, расположенной на территории современной Новознаменки, приходится на первую треть XIX века. Тогда усадьба включала в себя пять участков – бывших «петровских» дач.

Первый, восточный, участок в декабре 1710 года был пожалован Петром I царице Марфе Матвеевне. В марте 1714 года он был передан окольничему Юрию Федоровичу Щербатову и его сыну Михаилу Юрьевичу – активному участнику Северной войны. В 1728 году их скромная усадьба перешла во владение английского консула, купца Я.С. Вульфа. В это время усадьба была перестроена и расширена. В 1772 году дача принадлежала действительному тайному советнику, сенатору, графу Петру Григорьевичу Чернышеву. В конце XVIII в. владельцем усадьбы стал генерал-фельдмаршал, граф Иван Петрович Салтыков, который около 1797 года продал имение А.Б. Куракину. В это время из построек существовали лишь оранжереи, парники и птичий двор.

Главную, центральную, часть Новознаменки составили дачи двух братьев – Петра и Андрея Матвеевичей Апраксиных. В 1720-х годов. каждый из них построил на своем участке господский двухэтажный дом и служебные здания. В начале 1750-х годов оба участка были выкуплены вице-канцлером, графом Михаилом Илларионовичем Воронцовым, который около 1753 года начал создавать большой усадебный ансамбль. Были проведены работы по формированию ландшафта, прокладке дорог, устройству прудов. После сноса ветхих усадеб в середине 1750-х годов началось строительство господского дома. Среди архитекторов-авторов проекта называют Джузеппе Трезини и Антонио Ринальди. Центральный вход в здание был расположен с южной стороны. В интерьерах, вероятно, была богатая декоративная отделка лепниной и живописью. К концу 1760-х годов на территории усадьбы находились главное здание, каменные боковые флигели, каменные и деревянные службы, грот, терраса, оранжерея, семь прудов, три сада, два партера. После смерти М.И. Воронцова в 1767 году его жена и дети неоднократно пытались продать имение, в 1790 году им это удалось. Впоследствии ее владельцы менялись. Во второй половине 1790-х годов дача перешла к вице-канцлеру Александру Борисовичу Куракину, а в 1803 году усадьба была продана директору императорских театров Александру Львовичу Нарышкину и записана на имя его жены Марии Алексеевны.

Дача, граничившая с воронцовской на западе, в 1714 году принадлежала дьяку Оружейной палаты Михаилу Петровичу Аврамову, директору первой петербургской типографии. Впоследствии владельцами этого участка были князь Никита Юрьевич Трубецкой, Александр Михайлович и Михаил Андреевич Голицыны, а затем, в 1790-х годах, была также приобретена Нарышкиными.

Между 1805 и 1817 годами к владениям Нарышкиных был присоединен пятый, соседний с западным, участок. В 1714 году эта дача принадлежала боярину Тихону Никитичу Стрешневу, затем владельцами были граф Андрей Артамонович Матвеев, граф Павел Иванович Ягужинский, один из представителей семьи Голицыных (вероятно, Дмитрий Михайлович). Со второй половины 1770-х до 1790-х годов усадьбой владел граф Христофор Сергеевич Миних, с 1797 года – Юрий Александрович Головкин, супруга которого продала владение брату, Александру Львовичу Нарышкину.
Таким образом, усадьба А.Л. Нарышкина стала одной из самых больших на Петергофской дороге. Владелец дал ей название «Бельвю» (в переводе с французского языка — «прекрасный вид»). В усадьбе часто устраивались праздники и театральные представления, на которые съезжался весь Петербург, включая императорский двор и Александра I. На месте прежде существовавших усадеб Нарышкины построили несколько новых.

Однако в 1820-х годах состояние Нарышкиных пришло в расстройство, и имение было предложено к продаже. В 1829 году были проданы два западных участка. Около 1830 года оставшаяся часть усадьбы была приобретена сенатором Петром Васильевичем Мятлевым. Он и назвал свою усадьбу «Новознаменка» в память о проданной Знаменской мызе около Петергофа. П.В. Мятлев был знаменитым коллекционером, собравшим значительную коллекцию исторических редкостей и картинную галерею. В Готическом доме, возведенном рядом с воронцовским, размещалась французская библиотека в 18000 томов. Театральная традиция в усадьбе также была продолжена: домашние представления, балеты и концерты следовали один за другим. При сыне Мятлева Иване Петровиче Новознаменка стала центром культурной жизни: он сам был поэтом, дружил с А.С. Пушкиным и другими литераторами. В 1866 году на даче отдыхал Петр Ильич Чайковский, здесь он писал симфонию «Зимние грезы».

Однако, в 1888 году, при наследниках П.В. Мятлева, имение было приобретено в казну, а затем передано в собственность Попечительства императрицы Марии Александровны о слепых. В 1892 году в Новознаменке была устроена Городская больница-колония для душевнобольных. В течение нескольких лет на даче был возведен целый комплекс каменных и деревянных построек, была освящена больничная церковь. В 1908 году администрация пыталась провести капитальный ремонт дворца, но усилиями Императорской археологической комиссии его удалось остановить. Однако уже к 1915 году здание значительно обветшало и требовало ремонта.

После революции больница была закрыта, вместо неё дачу в 1917 году заняла «3-я сельскохозяйственная исправительно-трудовая колония»: бывшие палаты отдали заключённым, в деревянной церкви устроили театр. В 1936 году учреждение было преобразовано в Новознаменскую трудовую колонию для несовершеннолетних при НКВД. Главный каменный дом с участком отошел к молочно-огородному совхозу «Пролетарский труд» при Кировском заводе, в здании жили рабочие и служащие завода.

Новознаменка сильно пострадала в годы Великой Отечественной войны: главный дом был почти полностью разрушен, были утрачены внутренние интерьеры. Вплоть до конца 1950-х годов дворец был в руинированном состоянии. В 1957-1960 годы внешний облик дворца Воронцова был восстановлен под руководством архитектора М.М. Плотникова, но были внесены изменения с учетом последующего использования помещений. После 1961 года дача перешла в пользование ЦПКБ треста Энергочермет. В 1991 году по инициативе Анатолия Собчака дворец передали Международной школе-пансионату при университете им. А.И. Герцена.