Кваренги был широко образован и талантлив. Кроме архитектуры он занимался поэзией и живописью, музыкой и археологией. Для всего мира имя Кваренги зрительно связывается со скромным и одновременно торжественным обликом здания Смольного института, построенного в Петербурге в 1806 г. и ставшего через 111 лет всемирно известным как штаб Великой Октябрьской социалистической революции.
Кваренги строил в основном в Петербурге и его окрестностях, хотя выполнял также заказы для многих городов России. Москву он одарил несколькими замечательными зданиями, некоторые из них сохранились до нашего времени; он создал для нее также ряд проектов, не получивших осуществления, и серию рисунков, изображающих виды города и отдельные его сооружения.
По своему служебному положению "архитектора двора ее величества" Кваренги был обязан исполнять в первую очередь заказы Екатерины II. Первой работой зодчего в Москве была перестройка императорского, так называемого Екатерининского дворца на Яузе. В измененном виде здание сохранилось до нашего времени (Краснокурсантский проезд, 3/5).
В самом начале XVIII века участок этот принадлежал видному петровскому вельможе Ф. Головину, для которого здесь возвели огромное и роскошное здание. Затем землю приобрела казна; дворец, называвшийся иногда по-прежнему Головинским, иногда — в связи с переделкой его для императрицы Анны — Анненгофом, неоднократно перестраивали в соответствии с изменениями в архитектурной моде и после частых пожаров. К концу 1760-х годов здание обветшало, было разобрано, и с начала 1770-х годов началось строительство нового грандиозного дворца, теперь уже Екатерининского, проект которого, по-видимому, создал А. Ринальди [Сведения по истории Екатерининского дворца содержатся в рукописной исторической справке М. В. Дьяконова, который любезно разрешил автору воспользоваться ее содержанием]. Дворец строился долго и плохо, уже возведенные стены пришлось разобрать из-за плохого качества кирпича и сложить затем заново под руководством специально назначенного опытнейшего строителя — архитектора К. И. Бланка, который закончил возведение коробки здания к концу 1781 г. К этому времени Екатерина II уже успела оценить по достоинству выдающиеся способности недавно прибывшего в Россию Кваренги и в феврале 1782 г. поручила ему разработку проекта всего внутреннего убранства московского дворца, "а равно и фасад, по колику можно поправить".
Архитектору пришлось разрабатывать свои предложения, не ознакомившись воочию с московским зданием и только изучив находившийся в Петербурге старый проект, который был уже в основном осуществлен. В этих условиях для Кваренги оставалась возможность лишь «причесать» по-новому готовую постройку.
Зодчий с честью вышел из этого трудного положения. Он предложил акцентировать центральные части продольных фасадов протяженными колоннадами большого ордера. Антаблемент этого ордера он продолжил по периметру всего дворца и завершил его балюстрадой вдоль края крыши. Лаконичными приемами Кваренги добился подчеркнуто горизонтальной системы архитектурного оформления.
Известен всего единственный чертеж Кваренги, относящийся к Екатерининскому дворцу (он изображает часть фасада с колоннадой). По-видимому, именно об этом чертеже шла речь в письме сенатора М. М. Измайлова от 4 июля 1782 г., где описываются сложности строительства; "…ожидая от Кваренги доставления того фасада немалое время, наконец, дабы не упустить удобного к производству строения времени, послан был к нему нарочный для получения рисунков фасада, с которым он письмом своим… дал знать, что большой фасады окончить еще не мог, а доставляет притом фасад одной стороны дворца в малом виде с таким объяснением, что оная удостоена е. и. в. апробации. В рассуждении чего по той фасаде все принадлежащее до каменной работы исполнение началось".
Так как внутренняя отделка дворца по старому проекту еще не производилась, то Кваренги создал совершенно новые рисунки убранства большинства парадных помещений, в том числе вестибюля, главной лестницы, тронного зала и церкви.
Однако Екатерининский дворец сразу после смерти императрицы, давшей ему это название, был превращен в казармы. Отделка большинства парадных помещений, и прежде всего тронного зала, была изменена и значительно упрощена. Позднее в нем размещался Кадетский корпус.