Le palais Longchamp, le plus beau monument du Second Empire, fut construit sur les plans de l'architecte Henry Espérandieu, le même architecte que celui de la Bonne Mère et du Palais des Arts.
Edifié à la gloire de l'eau, des sciences et des arts, il fut inauguré en 1869. Il constitue l'aboutissement du canal de Marseille réalisé par Major de Montricher pour dériver les eaux de la Durance.
Avec ses cascades, bassins, fontaines, le palais Longchamp s'organise de part et d'autre du château d'eau avec un impressionnant monument commémoratif à la gloire de l'eau : jeune femme, au centre, sur un char tiré par quatre chevaux camarguais, représentant l'arrivée des eaux de la Durance, compagnes de la jeune femme symbolisant la fertilité (vigne et blé).
Le palais Longchamp abrite le muséum d'Histoire Naturelle de Marseille et le musée des Beaux-Arts. Le musée des Beaux-Arts fait partie des 15 musées créés dans les régions par Napoléon en 1801. Ses collections ont notamment été constituées par les saisies révolutionnaires et, à partir de 1802, par des dons de l'Etat.
A proximité se trouve l'observatoire, le plus ancien établissement scientifique de Marseille (créé en 1702), auparavant implanté aux Accoules.
A l'occasion de Marseille Provence 2013, capitale européenne de la culture, le zoo du Parc Longchamp a repris vie 25 ans après sa fermeture avec le funny zoo.
Pour ses 150 ans, le Palais Longchamp a été illuminé par le spectacle son et lumière les fontaines dansantes.