Para hablar del Palazzo Vecchio, debemos mencionar que antes de conocerse con este nombre, se le conoció con nombres como: el Palazzo Popolo, Palazzo Priori, Palazzo Ducale y el Palazzo della Signoria.
Es cuando los Medici trasladaron su residencia al Palazzo Pitti, al otro lado del Río Arno, que Cosimo I de’Medici le asigna el nombre del Palazzo Vecchio o el Palacio Viejo, nombre por el cual aún hoy se conoce. El Palazzo Vecchio data del siglo XIV y fue construido sobre las ruinas de dos palacios (al estilo de casas-torres) de la familia Uberti. Esta familia aristócrata fue considerada la más poderosa en Firenze para el siglo XIII. Excavaciones realizadas reflejan que estos edificios se construyeron sobre un teatro romano.
En gran medida, la apariencia actual del Palazzo Vecchio se debe a renovaciones realizadas por Cosimo I de’Medici en el siglo XVI. Uno de los cambios más significativos en la estructura fue crear un «mezzanine» en el complejo que originalmente fue de dos plantas.
El edificio continúa perteneciendo al Ayuntamiento del gobierno de Firenze, además de servir de museo dedicado a mostrar la historia de la ciudad y exhibir algunas colecciones que pertenecieron a una de las familias más poderosas de Firenze, la familia de los Medici.
La torre con un reloj que se aprecia coronando el Palazzo Vecchio, se le llamó la Torre de Arnolfo, en honor al arquitecto Arnolfo di Cambio, quien la incorpora al palacio, ya que era un elemento existente en la estructura anterior. Arnolfo di Cambio quien estuvo a cargo de las renovaciones de algunas propiedades de los Medici, construye el palacio alrededor de esta torre. El reloj que se encuentra en la torre es de una sola manecilla y funciona como un reloj solar. Es importante destacar que popularmente se le conoció a la torre como «Torre della Vacca» derivando su nombre de la gran campana que tenía y del gran sonido que emitía. Se dice que el sonido era muy similar al que haría una vaca caminando con su campana, pero con un sonido más fuerte.
El Palazzo Vecchio albergaba el Parlamento Italiano entre los años 1865 al 1871. Fue durante estos años que la ciudad de Firenze fue la capital de la Italia reunificada y en el 1871, Roma se convierte en la capital del Reino de Italia.