Joséphine de Beauharnais achète le manoir en avril 1797 pour elle-même et son mari, le général Napoléon Bonaparte. Le futur Napoléon Ier de France était alors parti combattre la campagne d'Égypte. La Malmaison était un domaine délabré, à sept miles (12 km) à l'ouest du centre de Paris, qui comprenait près de 150 acres (0,61 km2) de bois et de prairies.
A son retour d'Egypte, Bonaparte en veut à Joséphine d'avoir acheté une maison aussi chère. Elle s'attendait à ce qu'il rapporte beaucoup d'argent de la campagne d'Égypte. Elle avait payé la maison bien au-delà de 300 000 francs et elle avait besoin de rénovations importantes. Elle a dépensé beaucoup d'argent pour la réparer. Malmaison allait apporter un grand bonheur aux Bonaparte. La fille de Joséphine, Hortense, l'appelait "un endroit délicieux".
Joséphine a travaillé dur pour transformer le grand domaine en "le plus beau et le plus curieux jardin d'Europe". Elle voulait qu'il soit un modèle de bonne culture". Elle a repéré des plantes et des animaux rares et exotiques pour mettre en valeur les jardins. Joséphine a écrit : "Je souhaite que la Malmaison devienne bientôt la source de richesse de toute la France"...
En 1800, Joséphine a construit une orangerie chauffée assez grande pour accueillir 300 plants d'ananas. Cinq ans plus tard, elle commande la construction d'une serre. Elle était chauffée par une douzaine de poêles à charbon. De 1803 à sa mort en 1814, elle cultive pour la première fois en France près de 200 nouveaux plants.
La propriété est devenue célèbre pour sa roseraie. L'impératrice Joséphine a fait enregistrer ses roses (et ses lis) par l'artiste belge Pierre-Joseph Redouté (1759-1840). Les tirages de ces œuvres se vendent assez bien, même aujourd'hui. Elle a créé une vaste collection de roses. Elle a cueilli des plantes de sa Martinique natale et d'autres endroits du monde. Elle a cultivé quelque 250 variétés de roses. Extrait de l'avant-propos du Jardin de la Malmaison (1803) :
Vous avez rassemblé autour de vous les plantes les plus rares poussant sur le sol.... français alors que nous les inspectons dans les magnifiques jardins de la Malmaison, impressionnant rappel des conquêtes de votre illustre mari...
Des oiseaux et des animaux de toutes sortes ont commencé à remplir son jardin. Ils étaient autorisés à se promener librement dans le parc. Au plus fort de ses journées à la Malmaison, Joséphine a eu la compagnie de kangourous, d'émeus, de cygnes noirs, de zèbres, de moutons, de gazelles, d'autruches, de chamois, d'un phoque, d'antilopes et de lamas pour n'en citer que quelques-uns. Certains étaient de l'expédition Baudin.
Après son divorce de Napoléon, Joséphine reçoit la Malmaison à part entière, ainsi qu'une pension de 5 millions de francs par an, et y restera jusqu'à sa mort en 1814. Après sa défaite à la bataille de Waterloo en 1815, Napoléon revient à la maison avant son exil à l'île de Sainte-Hélène.
En 1842, la Malmaison est achetée par Maria Christina, veuve du roi Ferdinand VII d'Espagne ; elle y vit avec son second mari Agustín Fernando Muñoz, 1er duc de Riánsares. En 1861, Maria Christina vend la propriété à Napoléon III.
Le Malmaison a été restauré par le célèbre architecte français Pierre Humbert au début du XXe siècle.