Sede dell'omonimo museo, il palazzo Davia Bargellini in Strada Maggiore è fra i maggiori edifici civili di Bologna per mole e nobiltà di impianto. Fu eretto su impulso di Camillo Bargellini a partire dal 1638 secondo un progetto dell'architetto Bartolomeo Provaglia, che venne poi realizzato nel giro di venti anni dal capomastro Antonio Uri. Dal 1839 il palazzo passò ad un ramo dei Davia, altra illustre famiglia bolognese che lo abitò fino al 1874. La facciata senza portico - come usò sovente per i palazzi senatori - è disegnata nitidamente e con grande semplicità dalle finestre con cornici e timpani aggettanti. Il gusto severo e castigato è animato dall'insolito portale circondato dai due grandi telamoni (i 'giganti', che nel linguaggio comune definiscono il palazzo), che furono ultimati nel 1658 da Gabriele Brunelli (allievo di Alessandro Algardi) e dal suo aiutante Francesco Agnesini utilizzando quattro enormi blocchi di masegne, l'arenaria dell'alto appennino bolognese. Il grande, arioso scalone barocco che porta al primo piano è dovuto ad un successivo intervento di riorganizzazione anche funzionale degli spazi interni, che coinvolse tra gli altri i due maggiori architetti dell'epoca, Carlo Francesco Dotti e Alfonso Torregiani; la versione poi realizzata intorno al 1730 è forse il frutto di una rielaborazione dovuta al committente, Vincenzo Bargellini. Le stesse sale occupate dal museo si rifanno al gusto barocco nei begli stucchi angolari dei cornicioni e nei fregi del camino: ma sempre con grande misura e severità mentale, secondo il carattere dominante dell'edificio.