Ай-Тодор был приобретен младшим братом императора Александра II Великим князем Михаилом Николаевичем. Земельный участок площадью в 70 десятин стал одним из крупнейших на ЮБК землевладений Романовых.

Строительством столовой и других сооружений этого времени занимался архитектор Котенков, но главная достопримечательность имения Ай-Тодор – так называемый Малый дворец был возведен в 1912 году по проекту и под присмотром архитектора Н.П. Краснова. Двухэтажное здание выполнено в стиле «модерн», в качестве украшения которого Краснов включил в оформление элементы, отражающие увлечения владельцев дворца. В частности, на стенах «детского флигеля» размещались барельефы, изображающие античные сцены. Из них сохранился только барельеф с пахарем.

Сейчас в здании дворца Ай-Тодор находится спальный корпус Детского санатория им Р. Люксембург.