Nel luogo dove è stata costruita Piazza della Signoria, al tempo della Florentia romana, c'era un grande teatro. Casupole e vicoli vi si sovrapposero nel medioevo. Questo spazio fu possesso della potente famiglia ghibellina degli Uberti. Quando i guelfi presero il potere, rasero al suolo i possedimenti ghibellini e fu stabilito che sopra niente vi fosse più ricostruito. Per questo motivo Palazzo Vecchio, che si affaccia sulla piazza, ha una pianta irregolare e, sia l'ingresso principale sia la torre, sono eccentrici.
L'inizio dei lavori per la costruzione della piazza, guidati e progettati da Arnolfo di Cambio, è del 1299. Da allora tutta la storia di Firenze è passata da qui. La Piazza, come del resto Palazzo Vecchio, ha cambiato nome più volte: all'inizio fu "Piazza dei Priori"o "dei Signori", poi - sotto il governo di Cosimo I - "Piazza del Granduca", nome che mantenne fino al 1859, data delle caduta del Granducato. Dall'unità d'Italia ad oggi mantiene il nome di Piazza della Signoria.
Oltre al nome, questa Piazza ha cambiato più volte perimetro e pavimentazione. Con i lavori di ampliamento di Palazzo Vecchio, per mantenere vasta la Piazza, sono stati distrutte o arretrate diverse abitazioni. La pavimentazione iniziale della Piazza fu inizialmente in semplice terra battuta, poi fu pavimentata in mattoni rossi e rifinita in pietra serena, questa pavimentazione durò fino all'Ottocento, quando fu rifatta totalmente in pietra serena. Questo pavimento ottocentesco è stato in gran parte sostituito da nuova pietra serena pochi anni fa, dando luogo ad una serie di polemiche tra i Fiorentini, non solo per la brutta immagine della "toppa", ma anche perché le vecchie pietre sono "scomparse"…
La Piazza fu arricchita, nel 1563 dall'inserimento della Fontana del Nettuno dell'Ammannati detta dai Fiorentini "Fontana del Biancone", e nel 1590 con la statua equestre di Cosimo I, del Giambologna, posta sulla parte destra di Palazzo Vecchio.
Nel 1420, all'estrema destra della facciata principale di Palazzo Vecchio, fu esposto il "Marzocco" di Donatello, simbolo di forza e libertà comunale. Di lato, rispetto al portone principale, fu collocata invece copia del David di Michelangelo , a simboleggiare la vittoria della democrazia sulla tirannia. Il gruppo marmoreo del Bandinelli, Ettore e Caco, del 1534, fu sistemato vicino al David, per ricordare la vittoria dei Medici sui loro nemici interni. Al centro della Piazza, una lapide che indica il punto dove fu bruciato il Savonarola.