Il Palazzo della Signoria - o Palazzo Vecchio - come lo vediamo oggi è il frutto di almeno tre fasi costruttive succedutesi nell'arco dei secoli XIII-XVI: il palazzo di Arnolfo, col fronte sulla piazza, accanto alla Loggia dei Lanzi, le prime modifiche apportate ancora in epoca repubblicana e infine la ristrutturazione vasariana, successiva alla presa di potere da parte di Cosimo I de' Medici, che vi si trasferì con tutta la famiglia.
Dal 1565 il ruolo esclusivo di Palazzo Vecchio come rappresentanza politica della città verrà meno per tre secoli, sostituito in parte dagli Uffizi e dalla nuova reggia di Palazzo Pitti, ma riprenderà vigore alla fine del secolo scorso: nel 1848, cacciati i Lorena, sarà la sede del governo provvisorio dell'Italia Unita e nel 1865-71, durante gli anni di Firenze capitale del regno d'Italia, ospiterà la Camera dei Deputati (il Senato troverà posto nei contigui Uffizi, collegati attraverso un cavalcavia su via della Ninna). Dal 1872, infine, tornerà ad essere sede del Comune.
Benchè il palazzo ospiti oggi gli uffici del Comune, resta comunque in gran parte visibile. Sono accessibili al pubblico il Salone dei Cinquecento, lo Studiolo di Francesco I e i quattro appartamenti monumentali: il Quartiere degli Elementi, il Quartiere di Eleonora di Toledo, la Residenza dei Priori e il Quartiere di Leone X, dove sono oggi le stanze di rappresentanza del sindaco e della giunta che governa la città. Il Salone dei Dugento è tornato a ospitare le sedute del consiglio comunale e perciò non sempre è aperto al pubblico.

Raramente visibili sono poi la raccolta di strumenti musicali (in via di trasferimento al Conservatorio "Luigi Cherubini", dove sarà collegata con le contigue sale del Museo dell'Accademia) e la Collezione Loeser, situata al mezzanino. Qui è stata esposta per alcuni anni anche la Collezione Siviero, formata per lo più da opere trafugate dai nazisti durante l'ultima guerra e poi recuperate.