Выпускник Академии художеств 1820 г. Андрей Иванович вначале работал «рисовальщиком при архитекторе О. Монферране, в Комиссии о построении Исаакиевского кафедрального собора». Его первая самостоятельная строительная работа относится к перестройке «в готическом вкусе» старинного дворянского замка Фалль в эстляндском имении графа А.Х. Бенкендорфа. В своих творческих проектах зданий тридцатых годов XIX столетия Штакеншнейдер часто соединял традиции классицизма с более поздними архитектурными стилями. Его первой крупной постройкой в Петербурге стала резиденция для дочери Николая I – Марии Николаевны, созданная накануне ее свадьбы с герцогом Лейхтенбергским. Зодчий убедил императора Николая Павловича в преимуществе выбранного им места для возведения дворца перед другими возможными вариантами городских строительных площадок. Весомым доводом зодчего в неоднократных беседах с царем была возможность прекрасного обзора всего пространства Исаакиевской площади из окон будущего дворца его любимой дочери.
Николай I остался доволен проектом дворцового комплекса, разработанного его любимцем со всей тщательностью и подробностями.
Фасад дворца А.И. Штакеншнейдер скомпоновал в строгом соответствии с принципами классицизма, выделив центр и края ризалитами, обработав первый этаж здания рустом. Второй и третий этажи автор проекта объединил колоннами и пилястрами коринфского ордера. Заметим, что в прорисовке целого ряда деталей явно ощущается отход зодчего от классического стиля. В частности, это явно проявляется в мелкой «бриллиантовой» рустовке стен первого этажа здания. В обработке поверхностей колонн и пилястр Андрей Иванович использовал оригинальный прием: помимо углубленных желобковых каннелюр, они получили в нижней трети дополнительные «багетные» вставки в виде вертикальных валиков, заполняющих каннелюры. По мнению историка архитектуры А.Л. Пунина, «это был едва ли не первый в архитектуре петербургских фасадов пример такого нового усложненного каннелирования ордерных элементов: они приобрели некоторую дробность и усложненность, что отвечало общей эволюции художественных вкусов в те годы».
Если фасад Мариинского дворца выдержан в приемах классицизма, то к разработке его интерьеров архитектор подошел с иных позиций, явно подсказанных ему опытом восстановления Зимнего дворца.
Строительство Мариинского дворца началось в 1839 г. Боковые части старого графского дворца на набережной Мойки снесли и принципиальным образом изменили планировку оставленной части здания. Фасад сохраняемого графского строения, выходящего на Исаакиевскую площадь, удлинили, а часть реки Мойки, протекавшей перед графским дворцом, упрятали под широким измененным настилом Синего моста, после чего его поверхность расширилась до 99,95 м и слилась с широкой и просторной площадью. Синий мост в пределах огромной Исаакиевской площади стал теперь визуально незаметен. Таким образом, одновременно со строительством Мариинского дворца зодчему Штакеншнейдеру в 1842 г. удалось значительно расширить чугунный Синий мост через реку Мойку, построенный в 1818 г. инженером-мостостроителем В.И. Гесте. Теперь его ширина не только достигла почти рекордной 100-метровой ширины, но сделала это сооружение частью площади, пространственная композиция которой получила новую художественную ценность и глубину.
При возведении дворцового комплекса Штакеншнейдеру пришлось сломать не только флигели дворца графа Чернышева, но и три дома, расположенных на соседних участках. Мариинский дворец занял всю ширину квартала по бывшей Мариинской площади, от Вознесенского проспекта до Нового переулка. Его левое крыло возвели заново, в правом же крыле использовались надежные фундаменты и стены дворца графа Чернышева. Строительные работы продолжались с 1839 по 1844 г. При его возведении А.И. Штакеншнейдер применил целый ряд оригинальных технических новшеств, способствующих его прочности, долговечности и пожароустойчивости: несгораемые перекрытия по металлическим балкам, металлические стропила, горшечные своды и целый ряд иных строительных новинок и изобретений автора проекта.
Карниз здания, столбы подъезда к нему, наличники и сандрики окон, базы колонн и пилястр изготовлены из песчаника, а его стены оштукатурены и окрашены.
Центральная часть главного фасада дворца украшена трехчетвертными колоннами, несущими антаблемент и высокий аттик. В средней нише главного фасада был укреплен медный Государственный российский герб.
Парадный вход и подъезд во дворец решен в виде открытой аркады, поддерживающей балкон с шестью декоративными вазами. К парадному входу подводят ступени лестницы и боковые пандусы.