Nei secoli XI e XII il quartiere di Chinzica, ove sorge il palazzo, venne interessato da un forte sviluppo urbanistico con la costruzione di numerose case-torri. A partire dal Duecento, nel momento di massima espansione demografica ed edilizia della città, si verificò un’autentica corsa alla conquista degli spazi lungo le principali arterie di comunicazione: sul fronte del lungarno si concentrarono gli immobili della grande aristocrazia mercantile, mentre all’interno si trovarono le botteghe dei piccoli mercanti e degli artigiani.
I nuovi palazzi furono realizzati accorpando in un unico e più ampio edificio le strette case turriformi di origine medievale. La stessa sorte toccò alle strutture medievali in pietra verrucana, erette alla fine dell’XI secolo, che andarono a costituire Palazzo Alliata e delle quali ancora oggi sono evidenti le tracce.
La famiglia Alliata, di origine aristocratica, giunse a Pisa probabilmente intorno alla metà del XII secolo, dalla vicina località di Calcinaia ed ebbe una rapida ascesa economico-sociale grazie ai traffici marittimi, agli investimenti in Sardegna e ai rapporti con i mercanti catalani.
Dopo la conquista fiorentina della città (1406) gli Alliata, come molte altre grandi famiglie pisane, si trasferirono in Sicilia con uomini, merci e capitali. Il palazzo passò quindi attraverso varie trasformazioni architettoniche e stilistiche fino alla conclusiva sintesi formale e strutturale avvenuta nel Seicento, quando divenne proprietà della famiglia fiorentina dei Vaglienti, che vi abitò fino al 1773.