Le palais est situé sur le site de la Fortezza Augustan, la résidence du condottiero Castruccio Castracani, où se trouvait également son palais, peut-être conçu par Giotto. Le grand complexe, qui occupait environ un cinquième de la ville, fut détruit par la population en 1370. La forteresse fut restaurée et utilisée comme résidence par Paolo Guinigi en 1401; après sa chute en 1429, il fut à nouveau partiellement démantelé et devint plus tard le Palazzo Pubblico ("palais public").
Après une période de résidence de la duchesse Elisa Baciocchi, c'est le siège du gouvernement de l'Etat lucchois jusqu'à l'unification de l'Italie en 1861, date à laquelle il est acquis par la province de Lucques.
Le palais est de grande taille et doit son apparence actuelle à la restauration de Bartolomeo Ammannati en 1578 (du côté gauche au portail central). L'aile droite n'a été ajoutée qu'en 1728 par Francesco Pini, élève de Filippo Juvarra. Au début du 19ème siècle, l'architecte ducal Lorenzo Nottolini l'enrichit encore.
Le palais comprend une cour centrale, qui est inachevée. Il possède un double portique avec des piliers et, au centre, une statue de l'avocat lucchois Francesco Carrara, œuvre d'Augusto Passaglia. À gauche, une autre cour inachevée, connue sous le nom de Cortile degli Svizzeri, fait référence au corps de la Garde suisse au service de la République de Lucques, également conçu par Ammannati et caractérisé par l'utilisation de la rustication.
Le hall intérieur, accessible par un escalier monumental de Nottolini, abritait la galerie nationale de Lucques, déménagé à la Villa Guinigi en 1977. L'escalier se termine par une galerie de statues. La salle du Conseil général de la République possède une peinture flamande et une fresque de la liberté lucchaise. Au-dessus de la Loggia delle Guardie se trouve la Loggia Ammannati, décorée de grotesques et de stucs. La salle Staffieri abrite des fresques de Luigi Ademollo.