เมื่อพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวมีพระชันษาครบ 20 พรรษาบริบูรณ์ พระองค์ทรงสละราชสมบัติเพื่อเสด็จออกผนวชตามประเพณีเป็นระยะเวลา 15 วัน เมื่อจะเสด็จคืนครองสิริราชสมบัติจึงโปรดฯ ให้ทำการพระราชพิธีบรมราชาภิเษกอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งในการพระราชพิธีบรมราชาภิเษกในครั้งนี้ พระองค์มีพระราชดำริว่า นับแต่การสถาปนากรุงรัตนโกสินทร์ มีพระมหากษัตริย์ครองสิริราชสมบัติมาถึง 5 พระองค์นับระยะเวลารวมได้ประมาณ 90 ปี โดยไม่มีเหตุการแก่งแย่งชิงอำนาจจนเกิดศึกกลางพระนครเมื่อมีการผลัดแผ่นดินดังเช่นสมัยกรุงศรีอยุธยา และถึงแม้พระองค์จะทรงครองสิริราชสมบัติเมื่ออายุยังน้อย พระบรมวงศานุวงศ์และข้าราชการทั้งปวงก็มิได้รังเกียจและยังคงรับสนองพระเดชพระคุณเหมือนเช่นที่ผ่านมา ซึ่งนับเป็นความดีความชอบพระบรมวงศานุวงศ์และข้าราชการทั้งที่ล่วงลับไปแล้วและยังมีชีวิตอยู่ พระองค์จึงมีจิตคิดบำรุงวงศ์ตระกูลของท่านเหล่านี้ ดังนั้น พระองค์จึงทรงสถาปนาเครื่องราชอิสริยาภรณ์เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2416 โดยพระราชทานนามว่า "เครื่องราชอิสริยาภรณ์จุลจอมเกล้า" เพื่อเป็นเครื่องหมายแสดงอิสริยยศและเพื่อระลึกถึงความดีความชอบของท่านผู้ใหญ่ที่ได้รักษาแผ่นดินมาแต่ก่อนและผู้ที่ได้ทำนุบำรุงแผ่นดินในปัจจุบัน

เมื่อแรกสถาปนาเครื่องราชอิสริยาภรณ์จุลจอมเกล้านั้นสามารถแบ่งได้ออกเป็น 3 ชั้น ได้แก่ ชั้นที่ 1 ปฐมจุลจอมเกล้า (ปฐมจุลจอมเกล้า) ชั้นที่ 2 ทุติยจุลจอมเกล้า (ทุติยจุลจอมเกล้าวิเศษ, ทุติยจุลจอมเกล้า) และชั้นที่ 3 ตติยจุลจอมเกล้า (ตติยจุลจอมเกล้า , ตติยานุจุลจอมเกล้า) [1] ซึ่งจะพระราชทานให้แก่พระบรมวงศานุวงศ์และข้าราชการฝ่ายหน้าเท่านั้น เมื่อปี พ.ศ. 2443 พระองค์มีพระราชดำริเห็นสมควรเพิ่มชั้นพิเศษสำหรับชั้นที่ 1 ปฐมจุลจอมเกล้าอีกชั้นหนึ่ง เพื่อให้เป็นเกียรติยศและประโยชน์แก่ผู้รับราชการยิ่งขึ้น เรียกว่า ปฐมจุลจอมเกล้าวิเศษ และในปี พ.ศ. 2457 พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงสถาปนาเครื่องราชอิสริยาภรณ์จุลจอมเกล้าชั้นที่ 3 ขึ้นเป็นพิเศษ เรียกว่า ตติยจุลจอมเกล้าวิเศษ เพื่อพระราชทานแก่ข้าราชการฝ่ายหน้าเพิ่มขึ้นอีกชั้น[2]

สำหรับฝ่ายในนั้น พระองค์ทรงสร้างกล่องหมากและหีบหมากเป็นเครื่องยศสำหรับพระราชทานฝ่ายในทำนองเดียวกันกับเครื่องราชอิสริยาภรณ์จุลจอมเกล้าสำหรับพระราชทานฝ่ายหน้า ไม่จำกัดจำนวน แต่ไม่ได้พระราชทานโดยทางสืบสกุล สามารถแบ่งเป็น 3 ชั้น 4 ชนิด มีลักษณะดังนี้[3]

• ชั้นที่ 1 กล่องปฐมจุลจอมเกล้า เป็นกล่องหมากทำด้วยเงินกาไหล่ทองจำหลักเป็นลายชัยพฤกษ์พื้นลงยาสีขาบ ฝากล่องมีดวงดาราปฐมจุลจอมเกล้าอยู่กลางอยู่กลาง มีขอบนอกเป็นอีกษรว่า "การพระราชพิธีบรมราชภิเษก ปีระกาเบญจศก จุลศักราช ๑๒๓๕" มีตลับข้างใน 4 ใบจัดเป็นครึ่งซีกตามรูปกล่อง
• ชั้นที่ 2 กล่องทุติยจุลจอมเกล้า มีลักษณะเช่นเดียวกับชั้นที่ 1 แต่กลางฝากล่องเป็นดวงดาราวิเศษของตราทุติยจุลจอมเกล้า และมีตลับด้านในเพิ่มเป็นส่วนพิเศษบ้าง
• ชั้นที่ 3 ชนิดที่ 1 หีบตติยจุลจอมเกล้า เป็นหีบหมากเงินกาไหล่ทองจำหลักเป็นลายชัยพฤกษ์พื้นลงยาสีขาบ ฝาหีบมีอักษรย่อเช่นเดียวกับชั้นที่ 1 ตรงกลางมีรูปดวงตราตติยจุลจอมเกล้าแต่ตรงพระบรมรูปจำหลักเป็นอักษรพระนาม จจจ (จุฬาลงกรณ์จุลจอมเกล้า)ไขว้กันแทน
• ชั้นที่ 3 ชนิดที่ 2 เป็นหีบหมากเช่นเดียวกับชั้นที่ 3 แต่เป็นเงินล้วน ไม่ได้ลงยากาไหล่ทอง

หลังจากนั้น ในปี พ.ศ. 2436 พระองค์พระราชดำริสมควรที่จะทรงสร้างเครื่องราชอิสริยาภรณ์จุลจอมเกล้าฝ่ายในขึ้น เพื่อให้สมาชิกผู้ได้รับพระราชทานได้ประดับตนเป็นที่แสดงเกียรติยศเพิ่มขึ้น โดยแบ่งออกเป็น 4 ชั้น ได้แก่ ชั้นที่ 1 ปฐมจุลจอมเกล้า ชั้นที่ 2 ทุติยจุลจอมเกล้า ชั้นที่ 3 ตติยจุลจอมเกล้า และชั้นที่ 4 จตุตถจุลจอมเกล้า และเมื่อปี พ.ศ. 2442 ทรงพระราชดำริให้เพิ่มเครื่องราชอิสริยาภรณ์จุลจอมเกล้าสำหรับฝ่ายในในชั้นที่ 2 ขึ้นอีก 1 ชนิด เรียกว่า ทุติยจุลจอมเกล้าวิเศษ เพื่อให้มีจำนวนชนิด 5 ชนิด (ในขณะนั้น) เช่นเดียวกับสำหรับพระราชทานฝ่ายหน้า[4]