Il palazzo, costruito in forme gotiche e caratterizzato da una trifora in marmo rosa, risale al 1490 quando Ludovico Thiene lo commissionò a Lorenzo da Bologna. Nel 1542 Marcantonio e Adriano Thiene decisero di ingrandire il complesso fino a occupare un intero isolato e affidarono il compito ad Andrea Palladio, che probabilmente riprese un progetto di Giulio Romano (†1546). Il Palazzo oggi è incluso della lista dei monumenti tutelati come patrimonio mondiale dall'UNESCO.
Il grande cortile si presenta come un quadrilatero di logge su due ordini, il primo rustico a bugnato, il secondo composito.
E' la sede storica della Banca di Vicenza che lo acquistò nel 1872.
All'interno, visitabile solo su prenotazione, vi sono una Pinacoteca che espone capolavori della pittura veneta dal Quattrocento all'Ottocento, un servizio di ceramiche settecentesche, alcune sculture di Arturo Martini, una raccolta di stampe settecentesche di Remondini e una collezione numismatica di monete veneziane tra cui le "Oselle".