Najraskošniji prostor palače je svečana plesna dvorana, koja se proteže visinom prvoga i drugoga kata na sjeveroistočnom dijelu. Na zapadnoj strani dvorane nalazi se manja prostorija koja je od glavnoga prostora dvorane bila simbolično odvojena zastorom, a u loži iznad nje, do koje se dolazilo spiralnim stubištem, bio je smješten orkestar. Dvorana je bila opremljena drvenim, pozlaćenim i tapeciranim klupama koje su sačuvane te stolcima za koje je poznato da su imali trskom opletena sjedala.

Skica južnog zida plesne dvorane s ucrtanim zastorom kojim je bila odvojena od čekaonice (Žutog
salona), kraj 19. stoljeća
Kao dvorana za ples koristila se tijekom mađarske uprave, pa je vrlo brzo taj naziv izašao iz uporabe, a danas se uglavnom koristi termin Mramorna dvorana zbog impresivnih mramornih ploča kojima su obloženi zidovi. U doba mađarske uprave u dvorani su se redovito organizirali balovi, najavljivani u dnevnom tisku. Balovi su bili sastavni dio društvenoga života viših slojeva, a na njima su se okupljali i zabavljali ugledni građani. Obavezno se plesao valcer, ali i polka, kvadrilja ili mazurka. Poznavanje plesnih vještina smatralo se obaveznim dijelom društveno prihvatljivoga kulturnog ponašanja te pokazateljem društvenog statusa. U višim društvenim krugovima nepoznavanje plesa bilo je ravno nepismenosti.
Iznad mramorne obloge, u dekorativnim štuko okvirima, nalaze se ogledala koja su u povodu dolaska talijanskoga kralja Emanuela III. 1924. godine postavljena na mjesta izvorno namijenjena izlaganju kopija službenih portreta riječkih guvernera koje su nastale prema originalnim slikama iz gradske vijećnice.

Nacrt za luster koji se i danas nalazi u prostoru ispod lođe za orkestar, kraj 19. stoljeća
Unutar susvodnica na sjevernoj strani smješteni su veliki polukružni prozori, a svod je ukrašen bogatom štuko dekoracijom. Tri impresivna lustera dvorane i jedan u prostoru ispod lođe za orkestar dio su izvornoga inventara, dok su zidne svjetiljke naknadno dodane. Pod je bio obložen hrastovim parketom koji do danas nije sačuvan.
Vrata na istočnoj strani plesne dvorane vode na terasu zimskoga vrta, s koje se pruža pogled na perivoj palače i grad, a ona na južnoj vode u Žuti salon, izvorno prostor čekaonice.
Nakon Drugoga svjetskog rata palača je pod upravom Doma kulture, pri kojemu djeluje Narodno sveučilište, pa se dvorana koristi za održavanje predavanja, a zbog dobrih akustičkih svojstava i za koncerte u organizaciji Koncertnog ureda. Nakon 1953. godine, kada upravu nad palačom dobiva Muzej, dvorana se koristi kao izložbeni prostor, a od sedamdesetih godina često se iznajmljuje poduzećima, ambasadama, udrugama i marketinškim agencijama za skupove, svečanosti, simpozije, poslovne sastanke i promocije, što je i danas običaj.