สมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณีฯ โปรดเกล้าฯให้สร้างพระตำหนักใหญ่ (พระตำหนักเทา) เป็นที่ประทับและรับรองแขก พระตำหนักเป็นอาคารแบบครึ่งตึกครึ่งไม้ชั้นครึ่ง รูปทรงยุโรป ทาสีเทา ชั้นบนเป็นห้องบรรทมซึ่งมีเฉลียงที่พระองค์สามารถทอดพระเนตรทิวทัศน์อันงดงามของสวนบ้านแก้วได้กว้างไกล ประกอบด้วย
๑. ห้องพระบรรทม จัดแสดงในส่วนสิ่งของเครื่องใช้ส่วนพระองค์ เช่น ชุดฉลองพระองค์ โต๊ะทรงพระอักษร และอื่นๆ
๒. ห้องเครื่องฝรั่ง จัดแสดงในส่วนสิ่งของเครื่องใช้ส่วนพระองค์ เครื่องครัวฝรั่ง เตาอบ
๓. ห้องโถงใหญ่ จัดแสดงในส่วนสิ่งของเครื่องใช้ส่วนพระองค์ ที่ได้รับมอบจากวังศุโขทัยซึ่งเป็นสิ่งของเครื่องใช้ส่วนพระองค์ที่ใช้ใน “วังสวนบ้านแก้ว”
๔. ห้องพระสำราญ จัดแสดงในส่วนสิ่งของเครื่องใช้ส่วนพระองค์ด้านอุปกรณ์ชุดทรงกีฬา
๕. ห้องรอเข้าเฝ้า จัดแสดงในส่วนพระราชประวัติของสมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณี