L'edificio, in origine noto come Palazzo della Ragione, venne progettato da Domenico da Venezia in forme gotiche sulle rovine della precedente struttura medievale danneggiata dall'incendio del 1444.
Sede del Consiglio dei Quattrocento e delle Magistrature, il cosiddetto Palatium novum fu ristrutturato a partire dal 1549 da Andrea Palladio che aggiunse su tre lati due ordini di loggiati sovrapposti, rispettivamente di stile dorico e ionico. Quest'intervento, interrotto per la guerra contro i Turchi, venne completato solo nel 1614.
Le statue a coronamento della Basilica Palladiana, realizzate sempre ad inizio Seicento, sono attribuite a diversi scultori, tra cui Giovan Battista Albanese e Lorenzo Rubini. Si susseguirono numerosi restauri, tra cui quello successivo al bombardamento della Seconda guerra mondiale, in cui la Basilica perse il tetto, ricostruito da Ferdinando Forlati (1949-52).