Thomas Dobrée, (1810-1895) fils d'un riche armateur et descendant d'une famille protestante anglo-normande établie à Nantes au XVIIIe siècle, se retrouve très jeune (en 1828) à la tête d'une grande fortune qu'il utilise à l'acquisition de collections (peintures, estampes, orfèvrerie, mobilier, émaux champlevés, porcelaines chinoises et japonaises, faïences, monnaies de médailles etc.).

Pour abriter ses œuvres, Thomas Dobrée, homme de son temps, sensible au phénomène du retour au Moyen Age, conçoit le projet de construire un grand palais s'inspirant de l'architecture médiévale.
Ayant acquis une partie du Bois de la Touche " situé au faubourg de la Fosse de Nantes, consistant en une maison, chapelle, jardin et la pièce de terre où était autrefois le bois de Justaye " (A.D.L.A.), cernée alors d'immeubles le long des voies, il achète en 1862 le reste des terres de cette ancienne propriété épiscopale.

Le premier projet de construction établi par Viollet-le-Duc en 1862 n'est pas retenu. C'est sous la direction des architectes Simon, Boismen, Chenantais, puis Le Diberder pour les aménagements intérieurs, que les travaux s'échelonnent jusqu'à la mort de Thomas Dobrée (1895). Le programme de construction est ambigu. Il faut concilier des espaces réservés à la vie privée et des parties adaptées à la présentation dans des pièces de réception de ses collections.

L'édifice actuel reprend le plan général défini par Viollet-le-Duc : un bâtiment longitudinal comportant trois avant-corps et orienté est-ouest ; il en diffère par l'élévation d'une tour carrée à l'Ouest sur laquelle Thomas Dobrée a fait porter l'inscription bretonne exprimant son inquiétude métaphysique : " Ann dianaf a rog ac'hanoun ", c'est-à-dire " l'inconnu me dévore ", surmonté d'un dragon agrippé à un cœur de pierre rouge ; une tourelle polygonale, au lieu d'une tourelle circulaire, est déplacée vers l'avant-corps central, l'ouverture de baies géminées et juxtaposées en plein cintre évoque le style roman ; enfin, la présence d'un décor sculpté d'animaux fantastiques et de pinacles révèle l'influence gothique.

Malgré sa tentative de collaboration avec plusieurs architectes, Thomas Dobrée, qui avait commencé des études d'architecture dans sa jeunesse, reste le véritable maître d'œuvre de toute la construction. En contradiction avec l'emploi répandu du tuffeau, et souhaitant une construction très solide, il choisit des matériaux régionaux, schiste et granits, mieux faits pour résister au climat océanique, et dont la variété permet de jouer sur les couleurs ; il n'hésite pas à utiliser tant à l'intérieur(paliers) qu'à l'extérieur (linteaux), des monolithes pouvant atteindre le poids de trente tonnes, ce qui n'est pas sans frapper l'imagination des Nantais de l'époque et même des visiteurs d'aujourd'hui.

Il faut savoir que de l'extérieur de l'îlot des immeubles le concernant, les Nantais n'apercevaient rien du chantier qui apparaissait très mystérieux. Thomas Dobrée pensait, à la fin de la construction, acquérir ces immeubles et les détruire comme on lève le rideau d'un théâtre.

Ce grand palais, dont l'édification dure quarante ans, à l'allure sévère et conçu pour l'éternité, juxtapose, dans une architecture composite, les styles roman et gothique.

Par la volonté testamentaire de ce mécène, le palais Dobrée est devenu musée départemental de Loire-Inférieure en 1894. A la mort de Thomas Dobrée (1895) commence une assez longue période d'aménagement : il faut achever les bâtiments, dégager les façades assombries par les immeubles bordant l'îlot, convertir la partie destinée à l'habitation en salles de musée, installer les vitrines, etc.

Aux collections Dobrée sont associées les collections de la Société archéologique données au Département de Loire-Inférieure en 1860.