Gdy w 1701 elektor przybrał tytuł króla Prus jako Fryderyk I, nowa rezydencja okazała się zbyt skromna dla królewskiego dworu. Pod kierunkiem szwedzkiego architekta Johanna F.E. von Göthe przeprowadzono w latach 1701–1713 jej rozbudowę. Nawiązując do wzorów wersalskich, do głównego korpusu dostawiono od frontu dwa prostopadłe skrzydła, tworząc w ten sposób dziedziniec honorowy. Natomiast w 1709 dobudowano po lewej stronie skrzydło tzw. Nowej Oranżerii. Zofia Charlotta zmarła w 1705 w wieku zaledwie 37 lat. Pragnąc uczcić jej pamięć Fryderyk nazwał swą rezydencję „Charlottenburgiem”.
Po śmierci Fryderyka I dalsze prace przy obiekcie zostały wstrzymane. Jego następca Fryderyk Wilhelm I swe zainteresowania skupiał na gospodarce i sztuce wojennej, a nie na architekturze; dopiero jego syn, a wnuk Fryderyka I, Fryderyk II Wielki – intelektualista, miłośnik sztuki, literatury i filozofii, po wstąpieniu na tron pruski zlecił rozbudowę Charlottenburga. W latach 1740–1746 pod kierunkiem Georga W. von Knobelsdorffa powstał tzw. Nowy Pałac, usytuowany symetrycznie względem skrzydła Nowej Oranżerii, utrzymany już w stylu rokoko.