Del Palacio Ducal de Marchena hoy solo quedan los cimientos y algunas estructuras y muros, tal y como constató la excavación arqueológica de Manuel Vera y otros. Durante más de 600 años fue uno de los palacios más bellos y lujosos de España que primero tuvo aspecto mudéjar y luego se reformó conforme al gusto renacentista y barroco.
Construído sobre la Alcazaba musulmana, reformada tras el terremoto de 1356 y tras las incursiones de Mohamed V posiblemente de esa fecha es la construcción de la iglesia de Santa María de la Mota, lo más antiguo del conjunto. También entonces se reconstruyó la muralla, una obra de tal importancia que necesitó la aprobación del Papa por bula en 1430.
El Palacio mudéjar se construye a partir de 1490 al mismo tiempo que la restauración de la casa de los Ponce de León de Sevilla, cuando la cada ducal se convierte en una de las principales de Andalucia entre rivalidades, guerras y pactos con los Guzmanes con los que se repartían el poder y las ciudades andaluzas.
El espacio central del Palacio era un gran patio de 14 columnas por las que se pagó en 1549 a Martín de Gaínza 67.500 maravedíes y además tenía una pequeña fuente octogonal cuyos restos se encontraron en la última excavación arqueológica. Los restos de una segunda fuente de jaspe están hoy a los piés del Cristo Yacente.
Al norte del patio había una sala central de 7 metros de lado que coincide con la caja del artesonado existente la escalera monumental ubicado en el Palacio de la condesa de Lebrija que se llevó este resto de Marchena a principios del XX junto con las yeserías inferiores a la escalera primitiva del palacio y azulejos.
La zona norte era la más noble con dos habitaciones de 65 metros además de unos corredores en los que se gastaron gastaron en 1550 1,9 millones de maravedis. En el sector sur estaba los cuartos del primogénito de la que quedan a ras del suelo algunas estructuras originales que comunicaban con la galería abierta hacia la plaza Ducal.
En el mandato de Rodrigo Ponce de León virrey de Nápoles, se añaden al Palacio dos conventos; Clarisas (1632) y Ángeles Custodios (1651).
En el XVIII se construyen las caballerizas monumentales a imitación de las que tenía el Alcázar de Madrid y se colocan mármoles y jaspes. A partir de 1701 se reforma la Plaza Ducal, se construyen las casas consistoriales, se añade una anteportada en 1733 con un patinillo para regular el acceso a la Puerta del Tiro y unificarlo con la línea de la fachada de la plaza Ducal.
Junto a la Puerta del Tiro estaban los cuartos del primogénito y el corredor de acceso a al coro de la iglesia de Capuchinos, que los arqueólogos también han identificado. Al oeste el patio de la montería con sus capiteles romanos reutilizados. Hacia el este se abrían miradores a la campiña.
La fachada de la plaza Ducal tenía 3 plantas y 33 balcones desde donde los Duques se dejaban ver y veían los espectáculos públicos, como los toros o los mandatos. En 1911 la zona más cercana a la fachada de la Plaza Ducal estaba destruida, al fondo del patio quedaban varias estancias.