Au centre du palais est logée une vaste salle des fêtes de 5 200 places, au fond de laquelle trône un orgue monumental.
Dans l’aile nord-est, se tient la rétrospective historique des arts ; de l’autre côté, on s’ouvre aux cultures les plus lointaines. Les visiteurs découvrent ainsi une galerie d’art oriental, une collection d’objets hébraïques, un ensemble d’arts asiatiques prêté par le collectionneur Guimet (1836-1918), une salle d’art primitif mexicain… Un musée d’ethnographie, le musée de l’Homme, est créé en octobre 1878, destiné à recueillir les collections données par de nombreux pays et celles du musée des Missions scientifiques. À l’initiative de Viollet-le-Duc, on installe dans l’aile opposée le Musée de la sculpture comparée, qui deviendra le Musée des monuments français puis la Cité de l’architecture et du patrimoine.
À l’issue de l’exposition universelle, le palais du Trocadéro est le seul bâtiment sauvegardé. Il survit jusqu’en 1935, date des préparatifs de l’Exposition universelle de 1937, pour être remplacé par le palais de Chaillot, qui garde une partie de l’ossature et la configuration de deux ailes en demi-cercles. Dans les jardins, créés par Adolphe Alphand (1817-1891), se dressent de nombreuses statues, dont six allégories des continents et quatre sculptures d’animaux (cheval, taureau, éléphant et rhinocéros) que l’on peut admirer aujourd’hui sur le parvis du musée d’Orsay.
