Il Palazzo Estense di Varese fu una residenza di Francesco III d'Este, Duca di Modena e Reggio, amministratore, capitano generale e poi governatore della Lombardia austriaca. Il 20 settembre 1755 il duca venne per la prima volta a Varese con il suo seguito, ospite del marchese Menafoglio; durante questo soggiorno maturò forse la decisione di scegliere Varese per costruire il suo palazzo estivo. La sobria facciata rivolta verso il centro della città contrasta con il lato verso il giardino. Le forme sono quelle misurate tipiche del "barocchetto" lombardo, non privo di influssi neoclassici, con paraste e cornici marcapiano in bianco che risaltano sullo sfondo rosa dell'intonaco. Sul frontone si erge una meridiana sormontata dall'aquila ducale.
Degli originali ambienti settecenteschi, pochi si sono conservati. A pian terreno si trova il Salone Estense (o "Salone d'onore"), dal grande camino in marmi policromi di Antonio Buzzi sormontato da ovale con ritratto del duca, con le architetture illusionistiche dipinte dal Bosellini (1768-69) e il grande medaglione centrale affrescato da Giovan Battista Ronchelli, raffigurante Giove, Venere e Amore, forse allusorio al matrimonio tra Francesco III d'Este e la principessa Renata Teresa d'Harrach. Sempre al pian terreno si trova la sala Aldo Montoli, di cui si conservano solo le architetture illusionistiche di Giuseppe Baroffio (1770).
Lo scalone d'onore, che porta al primo piano, conserva l'impostazione e le decorazioni volute da Tommaso Orrigoni. Ai lati sono dislocate quattro nicchie con busti femminili del settecento. Sul soffitto un medaglione allegorico con Marte costretto a cedere le armi alla Pace, di Giovan Battista Ronchelli di Castel Cabiaglio. Presenti stucchi con scene di vita campestre e putti reggi lampada in stucco. Al piano superiore vi è la Sala da Ballo, decorata con tele del XVI-XVII secolo. Pregevole la Vergine con Bambino della scuola del Morazzone. La balconata intagliata e dorata, che corre lungo il perimetro superiore della sala, era originariamente destinata ai musici che si esibivano nel corso delle feste a palazzo.
Nel parco, modellato a somiglianza di quello del palazzo imperiale di Schönbrunn, si fondono i caratteri del giardino romantico con quello alla francese ricco di parterres. Protagonista centrale è un ninfeo, posto su un'altura, costituito da tre nicchie rivestite da concrezioni in tufo e statue. Per soddisfare la passione del Duca per la caccia, si adattò una parte del parco a roccolo con querce, olmi e castagni. Le numerose conifere, il magnifico cedro del Libano, alcune magnolie, camelie e tuje furono poste nell'Ottocento su intervento del Robbioni ed eredi.
