Lerma está ligada a la figura de don Francisco Gómez de Sandoval y Rojas, valido del rey Felipe III, uno de los hombres más poderosos del Siglo XVII y también uno de los más corruptos de la historia.
Durante los veinte años que el duque se mantuvo como privado del rey, Lerma se vio engrandecida y favorecida. Entre 1600 y 1617 se erigió uno de los conjuntos histórico-artísticos mejor conservados de España en estilo herreriano.
La construcción del palacio se encargó inicialmente al arquitecto de la corte Francisco de Mora, llevando a cabo las obras de cantería el maestro Pedro de la Pedrosa.
La segunda ampliación la realizó el arquitecto carmelita Fray Alberto de la Madre de Dios. Finalmente, Juan Gómez de Mora, sobrino de Francisco de Mora, diseñará las cuatro torres que rompen la horizontalidad del edificio y le dan un aspecto parecido al Escorial.
La fachada principal tiene una sobria portada, flanqueada por columnas toscanas que rematan en un entablamento y un frontón semicircular. Los escudos ducales se disponen a ambos lados del balcón central.
El claustro tiene en la planta baja veinte columnas toscanas rematadas en arcos de medio punto y en la parte superior veinte columnas jónicas.
En la planta baja se conservan dos salas con bóvedas de cañón sobre arcos fajones que son restos del antiguo castillo.
En su día en el palacio se exhibían relojes, tapices, reposteros, armas, productos de origen africano, americano, oriental (concepto manierista de Cámara de las Maravillas, en las que junto a piezas artísticas se encontraban productos exóticos y extraños que llamaban la atención de un público ávido de conocimientos)
Como complemento al palacio se encargó la realización de un grandioso parque en la vega del Arlanza: estanques, fuentes, aves acuáticas, peces y distintas especies de árboles, convertían este lugar en un remanso de paz.
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