Salons et salles privées somptueusement décorés par quelques-uns des artistes les plus célèbres de la Renaissance florentine, avec des meubles d'époque et des chefs-d'œuvre tels que la Judith de Donatello, le Génie de la Victoire de Michel-Ange et le Putto de Andrea del Verrocchio. Palazzo Vecchio,  qui fut pendant plus de sept siècles le centre du gouvernement florentin, est le monument symbole de la ville de Florence. Construit en 1299 pour abriter l'organe suprême de la République, il fut transformé en palais ducal au milieu du XVIe siècle ; il est aujourd'hui le siège de la municipalité de Florence.
La visite commence dans la cour de Michelozzo, décorée de stucs et de fresques, et se poursuit, à l'étage supérieur, à travers le Salone dei Cinquecento, où un cycle majestueux de peintures célèbre l'apothéose de Cosimo de' Medici et de la ville de Florence et où de nombreuses statues accompagnent le célèbre Génie de la Victoire de Michel-Ange. Au deuxième étage du musée se trouvent les salles privées de la cour des Médicis, somptueusement décorées et meublées, et parmi elles, la magnifique Chapelle d'Éléonore avec des peintures de Agnolo Bronzino. Dans la Salle des Cartes Géographiques, un globe terrestre d'une taille exceptionnelle et plus de cinquante panneaux peints offrent une vue extraordinaire sur toutes les parties du monde connues au XVIe siècle. Le Quartier de la Mezzanine abrite une précieuse collection de peintures et de sculptures du Moyen Âge et de la Renaissance offerte à la ville de Florence par Charles Loeser.