Zwischen dem ausgehenden 13. und den ersten Jahrzehnten des 14. Jh. ursprünglich als Sitz der Prioren (Zunftvorsteher) erbaut, geht das Gebäude in seinem ältesten Bereich, der dem Platz zugewendet ist, auf einen Entwurf von Arnolfo di Cambio (1245-1302) zurück. In der Folge, nämlich im 15. und insbesondere im 16. Jh., wurden weitere Teile angebaut, wodurch der Palast rückseitig eine Erweiterung erfuhr, ohne jedoch sein massives Äußeres mit groben Bossen, vorspringendem Balkon und dem asymmetrischen Turm zu verändern.

Zunächst Sitz der sog. „Signoria“ (Stadtherrschaft), beherbergte der Palast seit 11370 vorübergehend die großherzögliche Familie zur Zeit Cosimo I. de’ Medici, vor dem endgültigen Umzug in den neuen Fürstenpalast Palazzo Pitti (auf jene Begebenheit geht auch die Benennung Palazzo „vecchio" (alt) zurück). In jenen Jahren (1550-65) ist die groß angelegte Umgestaltung anzusiedeln, die unter Vasari stattfand, der die umgebauten Innenräume prachtvoll ausschmückte und damit den neuen Ansprüchen der Regierung gerecht wurde, wie auch dem offiziellen Wohnsitz der herrschenden Dynastie (die sog. „Quartieri monumentali").

Heben wir nacheinander die bedeutungsvollsten Räume hervor: der 1. Eingangshof, der im 16. Jh. mit Ornamenten in Form von weißen und vergoldeten Stukkaturen sowie Fresken versehen wurde, verdankt allerdings seine elegante Struktur der 2. Hälfte des 15. Jh. Von hier aus gelangt man zu dem alten „Sala d'Armi“ (Waffensaal), in dem die Stadt Florenz häufig Ausstellungen organisiert.

In der 1. Etage befindet sich der gewaltige „Salone dei Cinquecento“ (Salon der Fünfhundert), ein Werk von Cronaca (1495), der für die Versammlungen des „Consiglio Generale del Popolo“ (Allgemeiner Rat des Volkes) genutzt wurde, nach den von Girolamo Savonarola durchgeführten Staatsreformen. Die Wände, die ursprünglich mit Fresken von Michelangelo und Leonardo da Vinci bemalt waren, verdanken ihr heutiges Aussehen dem monumentalen Dekorationsunterfangen, dem sich Vasari und seine Schule in der 2. Hälfte des 16. Jh. widmete. Die Kassettendecke, die Fresken an den Wänden, die „Udienza" (Audienz genannte Erhöhung im Salon mit Statuen von Bandinelli und Caccini), die Skulpturen von De’ Rossi, darunter die „Fatiche d'Ercole“ (Mühen des Herkules), all dies diente, durch komplexe und reichhaltige Symbolik und präzisen geschichtlichen Bezügen, der Verherrlichung der Medici. In diesem Salon kann man auch Michelangelos Werk „Genio della Vittoria“ (Siegesgeist) bewundern. Im Kontrast zur Gewaltigkeit des Salons, jedoch nicht minder prunkhaft, steht nebenan das kleine Studierzimmer von Francesco I., ein Juwel manieristischer Kunst und Sensibilität, in welches sich der Fürst zur Meditation und zur Betrachtung seiner Schätze zurückzog (ca. 1570).

Der Besuch des Palazzo führt weiter durch die Säle in der 1. Etage, von denen jeder einzelne Saal je einer Persönlichkeit der Familie Medici gewidmet ist (Cosimo der Alte, Lorenzo, Leone X., etc.), was auch an den jeweiligen Fresken erkennbar ist.

In der 2. Etage befinden sich das Quartier der Elemente und das Quartier von Eleonora da Toledo, Gattin von Cosimo I. Aus der allgemeinen reichhaltigen Dekoration sticht die kleine Kapelle der Großherzogin hervor, die in großartiger Weise von Bronzino (1503 - 72) ausgemalt wurde. Nachfolgend durchquert man die großen Repräsentationssäle wie den Saal der „Udienza“ (Audienz) sowie den Saal der „Gigli“ (Lilien) mit ihren prächtigen Decken, Ornamenten und Portalen aus dem 15. Jh. Im letzten Bereich der „Quartieri monumentali" hat eine Sammlung, die sog. „Collezione Loeser", ihren Sitz, die der im Jahre 1928 verstorbene amerikanische Kunstkritiker Charles Loeser der Stadt Florenz vermachte. Diese Sammlung umfaßt Gemälde und Skulpturen vorwiegend der toskanischen Schule vom 14. bis 16. Jh. (darunter befinden sich Werke von Tino da Camaino, Berruguete, Rustici, Bronzino, Cellini).