Demidov požiadal Auguste de Montferrand, architekt katedrály svätého Izáka, ktorý sa rok predtým presťahoval do vedľajšieho domu a spriatelil sa s rodinou Demidovovcov, aby prepracoval skromnú budovu. Napriek tomu, že architekt zvyčajne pracoval iba na cisárskom poriadku - stavba a výzdoba katedrály svätého Izáka ho obsadzovala viac ako štyri desaťročia - zaviazal žiadosť svojho priateľa (pravdepodobne tiež pomohlo, že nebude mať obmedzený rozpočet). Vďaka tomu vytvoril nádhernú neobarokovú budovu s interiérmi, ktoré ladili s jej komplikovanými fasádami. Návštevníkov víta šesť expresívnych Atlantov podporujúcich masívny Balkón Na druhom poschodí. Nad nimi sú dve okrídlené postavy medveďa so štítom zdobeným Demidovskou pečaťou. Vo vnútri interiéry oslňujú množstvom drahokamov a polodrahokamov z Uralu, pozlátenou štukou a drevorezbami. Obzvlášť pôsobivá je veľká sála, ktorá je zdobená stĺpmi a má krb zo zeleného malachitu. V rokoch 1875-1910 patril kaštieľ princeznej Nathalie von Lieven a bol jedným z centier baptistického vyznania v Petrohrade. Vo Veľkej sále sa konali duchovné rozhovory pre všetkých hostí. V roku 1910 kúpil dom talianske veľvyslanectvo a erb Demidov na štíte bol vylepšený tak, aby pripomínal taliansky kráľovský erb. V čase prvá svetová vojna a ďalej počas októbrová revolúcia a občianska vojna, budova zostala prázdna. Ale v roku 1924, po nadviazaní diplomatických vzťahov medzi vládou Mussoliniho a Sovietskym zväzom, sa talianska misia vrátila. Bohužiaľ, v určitom okamihu počas tohto obdobia bol vzácny malachit - spolu s ďalšími cennými dekoráciami bohatými na kaštieľ-vyvezený do zahraničia bez stopy. Budova sa stala ruským majetkom opäť v roku 1957. V súčasnosti je majetkom Baltisky Bank a spoločnosť vynaložila veľa peňazí na obnovu a údržbu historického Demidovského kaštieľa.
