W 1799 roku Kozłówka przeszła w ręce rodziny Zamoyskich, która uczyniła z niej swoją główną siedzibę. Szczególny rozkwit pałacu przypadł na koniec XIX wieku, kiedy Konstanty Zamoyski przeprowadził gruntowną przebudowę, dodając m.in. neobarokowy portyk, wieże oraz bogato zdobione wnętrza w stylu Drugiego Cesarstwa. W 1903 roku car Mikołaj II ustanowił ordynację kozłowiecką, co zapewniło majątkowi niepodzielność i dziedziczenie przez najstarszego syna.

Po II wojnie światowej pałac został znacjonalizowany, ale dzięki szczęśliwemu zbiegowi okoliczności uniknął zniszczeń i grabieży. Od 1979 roku mieści się tu Muzeum Zamoyskich, które prezentuje oryginalne wyposażenie pałacowe z przełomu XIX i XX wieku, w tym meble, obrazy i przedmioty codziennego użytku. Na terenie kompleksu znajduje się również kaplica wzorowana na wersalskiej oraz Galeria Sztuki Socrealizmu – największa tego typu kolekcja w Polsce, zawierająca ponad 1600 dzieł z lat 1949–1954.

Otoczony malowniczym parkiem krajobrazowym i ogrodami kwiatowymi, pałac w Kozłówce stanowi wyjątkowe połączenie historii, sztuki i architektury, przyciągając licznych turystów i miłośników kultury z całego kraju.