L'aspetto medioevale con cui oggi conosciamo il palazzo è il risultato di un rifacimento eseguito alla metà dell'Ottocento. Su progetto dell'architetto Giuseppe Faldi, l'amministrazione comunale, per lo stato di deterioramento in cui versava il vecchio edificio, decise il suo totale recupero. In quell'occasione il palazzo fu ampliato includendo tutte le proprietà adiacenti che così furono riunite in un unico edificio. Il fronte con le sue finestre a bifora fu innalzato di un piano e la facciata fu resa omogenea con un intonaco che simula la pietra.  Anche i vecchi stemmi furono ricollocati. Si trattava di una precisa scelta culturale per rievocare, in epoca risorgimentale, quello che era stato il periodo di massimo fulgore della città. Sicuramente dalla seconda metà del Trecento, anno in cui i documenti ci dicono che venne "rinnovato" per la prima volta l'originario edificio, il palazzo fu abitato da coloro che hanno amministrato la giustizia a Pistoia; in epoca medioevale il Podestà e, durante la dominazione medicea, i Commissari fiorentini. Nei primi anni dell'Ottocento, dopo l'abolizione delle magistrature podestarili, il palazzo divenne sede del Tribunale Collegiale e qualche anno dopo del Regio Tribunale di Prima Istanza. Fu a seguito di questo cambiamento e delle nuove esigenze che il vecchio palazzo non riusciva più a soddisfare che fu decisa, come è stato già detto, la sua ristrutturazione e il suo ampliamento. Nel Trecento il primitivo edificio, incentrato sulla corte a pianta quadrata e corrispondente a quello che oggi è lo spazio occupato dalle prime quattro finestre a sinistra, in asse alle quali si apre il portone d'ingresso, fu aggiunto un nuovo corpo destinato ad accogliere gli alloggi delle guardie, le prigioni e le stalle.

Nella corte interna come dimostrano gli scranni in pietra dove risiedevano i magistrati, quelli oggi visibili sono stati costruiti nei primi anni del Cinquecento, si svolgevano i processi pubblici. La decorazione a tempera o a fresco con gli stemmi dei podestà e dei commissari che adorna questo loggiato, è datata a partire dal XV secolo, ma fu completata, anch'essa in stile, nell'Ottocento da Bartolomeo Valiani, Ferdinado Marini ed Aurelio Machol che, proprio per il profondo senso campanilistico che guidava l'operazione di restauro, aggiunsero anche alcune scene in ricordo delle epoche più gloriose della città. Le scale presenti sulla destra dell'ingresso conducevano alla grande sala del primo piano, quella in cui ancora oggi si celebrano le udienze, e agli appartamenti privati.