Ville importante fortifiée dès l'époque romaine, Dijon se situait au carrefour de grands axes routiers qui assurèrent sa prospérité économique. La première maison de Bourgogne en fit sa capitale dès le XIe siècle.

La construction de l'actuel palais débuta sous le règne de Philippe le Hardi (1363-1404) par l'érection de la tour de Bar, belle tour résidence typique de la fin du XIVe siècle. Elle possède des niveaux joliment voûtés et de nombreuses fenêtres à meneaux. Les descendants de Philippe, Jean Sans Peur (1404-1419) et Philippe le Bon (1419-1467) complétèrent l'œuvre de leur ancêtre par l'édification de superbes cuisines (début du XVe siècle) et celle d'une haute tour (tour Philippe le Bon) abritant les appartements princiers, avec une grande salle attenante à ses pieds, dotée d'une colossale cheminée (milieu XVe siècle). Les niveaux sont desservis par un incroyable escalier à vis qui s'achève en un feu d'artifice ornemental.

A la fin du XVIIe siècle, on décida de doter le parlement de Bourgogne siégeant dans les vieux murs, d'un bâtiment plus digne de son rang (dans le goût de l'époque donc). Les travaux débutèrent en 1680 pour s'achever en 1786, à la veille de la Révolution. Nombre d'architectes se succédèrent sur le chantier, dont le fameux Jules Hardouin-Mansard (dôme des Invalides, palais et chapelle de Versailles, le Grand Trianon, les places Vendôme et des Victoires). Le palais de la fin du Moyen Age fut donc " enchapé " dans une écorce classique, avec quelques pièces d'anthologie comme les escaliers de Bellegarde et Gabriel. Le musée des beaux arts, l'un des plus anciens de France, fut ouvert en 1787.

A la Révolution, la dispersion des religieux et la destruction de la chartreuse de Champmol, nécropole des ducs de Bourgogne, conduisit au transfert des gisants de Philippe le Hardi et de Jean Sans Peur vers Saint-Bénigne. Restaurés entre 1819 et 1827, ils furent amenés au musée des beaux arts et classés monuments historiques en 1862.