Este conjunto foi criado no Século XVII, quando os Carmelitas Descalços decidiram erigir um convento dedicado à Santa Cruz, com uma arquitetura única de cortiça. Os monges protegeram o recinto com um muro e criaram a Via Crucis, uma Via Sacra que dispersou capelas por todo o espaço, à semelhança de Jerusalém. Além de cuidarem da floresta primitiva, os monges plantaram inúmeros cedros logo desde os primeiros anos da sua ocupação, criando uma densa massa florestal.

Em 1810, aconteceu aqui a Batalha do Buçaco, na qual o exército francês foi derrotado, tendo o Duque de Wellington usado o convento como base de operações. Conta a lenda que o Duque atava o seu cavalo à oliveira centenária que existe à frente do convento, que desde então ficou conhecida como a "Oliveira de Wellington".

Após a extinção das ordens religiosas em 1834, a Mata ficou a cargo de um sacerdote e um administrador até 1888, ano em que, por ordem da Rainha Maria Pia, teve início a construção do Palácio Real, projetado pelo arquiteto, pintor e cenógrafo italiano Luigi Manini. As obras incorporaram a igreja e os claustros do antigo convento ao Palácio, estabelecendo o contraste entre a simplicidade do convento e a rica decoração de estilo neomanuelino do Palácio do Buçaco. Os azulejos que decoram uma boa parte das paredes são obra de Jorge Colaço, com motivos alusivos à Guerra da Independência e à Batalha do Buçaco.

Dos anos da construção do Palácio data também o Jardim Novo que o rodeia, de faceta tradicional e influência barroca, com os caraterísticos canteiros e as sebes de buxo esculpidas. Da mesma época datam outros elementos importantes, como a Fonte de Santa Teresa, o Vale dos Fetos e a Fonte Fria.

Após o exílio da monarquia, o Palácio passou a ser o Palácio-Hotel de que hoje desfrutamos.

Quanto à floresta, na segunda metade do Século XIX foram aí introduzidas espécies botânicas exóticas, trazidas do Ultramar pelos marinheiros. Foi assim que os carvalhos e os loureiros relíquias se misturaram com os ciprestes, os cedros, os eucaliptos e as sequoias. Séculos volvidos, alguns destes exemplares alcançam um porte monumental e constituem uma das principais marcas da identidade deste lugar.