Il Palacio de Carlos V in realtà non fu mai portato a termine. Fu Carlo I, nipote di Isabella I e Ferdinando II, a volerne la costruzione, abbattendo un'ala del Palacio Nazaries per fare spazio all'enorme residenza rinascimentale, che chiamò appunto Palacio de Carlos V in riferimento al suo titolo di imperatore del Sacro Romano Impero.

L'edificio a pianta quadrata è decisamente imponente e contiene al suo interno un sorprendente cortile circolare con 32 colonne. Il piano terra ospita il Museo de la Alhambra mentre in quello superiore si trova il Museo de Bellas Artes con una collezione di sculture e dipinti collegati a Granada.