Der Plan zum Bau des Oberen Belvedere in seiner heutigen Form ersetzte die primäre Idee einer Gloriette „mit schönem Blick über die Stadt“. Die Bauarbeiten erfolgten von 1717 bis 1723. Das Obere Belvedere hatte zu Zeiten des Prinzen vornehmlich repräsentative Funktion und diente ab der zweiten Hälfte der 1770er Jahre als kaiserliche Gemäldegalerie. Zu diesem Zweck wurden die Gemälde ab 1776 aus der Stallburg in das Obere Belvedere gebracht, wo sie der Öffentlichkeit zugänglich waren.
Die Sala terrena (Erdgeschoßhalle) wird durch vier mächtige Atlanten dominiert, die das reich stuckierte Deckengewölbe des Raumes stützen. Ursprünglich war die Sala terrena als einheitlicher Saalraum konzipiert, doch nach Bauschäden im Winter 1732/33 wurde der Einbau der vier Stützen notwendig. Der Raum öffnet sich zur Gartenseite des Oberen Belvedere und leitet zur Prunkstiege über und ist damit Gartensaal und Vestibül in einem.
Der ursprüngliche Haupteingang befand sich an der Südseite des Oberen Belvedere, noch heute kenntlich durch die Auffahrtsrampen. Von dort konnte der Gast direkt über die Prunkstiege zum Hauptgeschoß des Schlosses aufsteigen. An der rechten Wand ist ein Stuckrelief mit dem Triumph Alexander des Großen über Darius zu sehen, während links die Frauen des Darius vor Alexander dargestellt sind. An der Decke befand sich ursprünglich noch die Szene, wie Alexander den Gordischen Knoten zerschlägt. Dieses Relief hat jedoch die Jahrhunderte aufgrund von Problemen mit der Dachkonstruktion darüber nicht überdauert und musste im 19. Jahrhundert durch die heute noch existierende Rosette ersetzt werden.
Der Carlonesaal oder Gemalte Saal erhielt den Namen nach seinem Gestalter, dem norditalienischen Freskenspezialisten und Wanderkünstler Carlo Innocenzo Carlone (1686–1775). Von ihm stammt das beeindruckende Deckenfresko mit der Darstellung des "Triumphes der Aurora" (1722/23), während die Scheinarchitekturen von Marcantonio Chiarini und Gaetano Fanti ausgeführt wurden. Die Ausstattung dieses Raumes, der ursprünglich zum geselligen Aufenthalt an heißen Sommertagen diente, hat sich bis heute erhalten, während die Fresken seines Pendants im Ostflügel in späterer Zeit verloren gegangen sind.
Der zwei Geschosse umfassende Marmorsaal ist der prachtvollste Raum des Oberen Belvedere und ist gleichzeitig der erste, der vom Treppenhaus zugänglich ist. Die im Stich dargestellten Figuren legen nahe, dass der durch das Rotbraun des Marmors und die Vergoldungen geprägte Saal einst als erste Antichambre diente. Über den beiden Kaminen sind die seit 1963 wieder in situ befindlichen Tiergemälde von Ignaz Heinitz von Heinzenthal zu erkennen. Für den Schmuck mit Fresken zeichneten auch in diesem Raum Carlo Innocenco Carlone und wohl auch Marcantonio Chiarini sowie Gaetano Fanti verantwortlich.
Das 1721 entstandene Deckenfresko des Marmorsaals von Carlo Innocenzo Carlone (1686–1775) zeigt den ewigen Ruhm des Prinzen Eugen inmitten der Fürstentugenden, während Historia seine Taten festhält und Fama dieselben rühmt. Die Scheinarchitektur wurde höchstwahrscheinlich von Gaetano Fanti nach Entwürfen seines Schwiegervaters Marcantonio Chiarini ausgeführt.
