Il Museo di Palazzo Grimani era in origine la dimora di Antonio Grimani (doge dal 1521 al 1523), l'edificio attuale costituisce il risultato di interventi architettonici effettuati tra il 1532 e il 1569 su commissione degli eredi, Vittore, procuratore di San Marco, e Giovanni, patriarca di Aquileia.

Soprattutto quest'ultimo intervenne direttamente nella progettazione, forse utilizzando suggerimenti del Sanmicheli (al quale l'intera fabbrica è stata in passato attribuita), ma soprattutto rifacendosi al trattato di Sebastiano Serlio. Il risultato è quello di una pregevolissima e ammirevole architettura che fonde elementi della tradizione veneziana e di quella tosco-romana: colpisce in particolare, tra gli altri, il suggestivo ambiente della tribuna con il lucernario piramidale. La fusione tra diverse culture artistiche si riscontra anche nelle meravigliose decorazioni pittoriche dello scalone e delle sale al primo piano, dove lavorarono pittori come Federico Zuccari, Francesco Salviati, Giovanni da Udine, Lambert Sustris e Camillo Mantovano.

Nel palazzo erano sistemate le raccolte d'arte e di archeologia del cardinale Domenico Grimani e di Giovanni, patriarca d'Aquileia, i quali furono anche donatori di parti consistenti delle loro collezioni alla Repubblica, che stettero alla base della nascita dello Statuario pubblico della Serenissima. L'aspetto storico-artistico del monumento non fa che riflettere il gusto e la politica culturale della famiglia Grimani che giocò la propria fortuna - sociale, economica, politica - proprio a cavallo tra i due fondamentali centri di Venezia e Roma.

Ciò fa di Palazzo Grimani un unicum nel contesto veneziano, paragonabile per importanza culturale, pur distinguendo tra commissioni privata e pubblica, alle opere di Jacopo Sansovino per l'area di Piazza San Marco, per la realizzazione delle quali, del resto, fu fondamentale l'apporto di questa famiglia.