L'architettura di Palazzo Pitti è un capolavoro dello stile rinascimentale, caratterizzato da grande scala, simmetria ed elementi classici. Inizialmente il progetto, forse opera di Filippo Brunelleschi ma dibattuto tra gli storici, mirava a mettere in risalto la residenza dei Medici, riflettendo l'ambizione di Luca Pitti. La facciata del palazzo, con la sua pietra bugnata, le finestre ad arco e i motivi geometrici ripetitivi, gli conferisce un aspetto da fortezza.
Dopo essere stato acquistato dalla famiglia Medici nel 1549, il palazzo fu ampliato dall'architetto Bartolomeo Ammannati, che aggiunse il grande cortile e creò il Giardino di Boboli. Le ristrutturazioni della fine del XVI e del XVII secolo introdussero nelle camere del palazzo gli interni barocchi, sotto forma di ricchi affreschi, stucchi ed elaborati dipinti sul soffitto. La Galleria Palatina, situata al primo piano, è un ottimo esempio di questo interno barocco.
Oggi Palazzo Pitti, come complesso museale, mostra una storia in evoluzione di stili architettonici, dal nucleo originario rinascimentale alle successive aggiunte barocche e neoclassiche.