La actual estructura del palacio es el resultado de la reconstrucción del prelado Felipe de Medici (mediados del siglo XV) por obra de los arquitectos Francione y Baccio Pontelli, artífices del claustro interno con columnatas de mármol blanco.
La fachada, ya reestructurada en el siglo XVII por el arzobispo Carlo Antonio Dal Pozzo, es fruto de una organización de la primera mitad del siglo XIX, realizada en clave renacentista. Simple pero solemne, se caracteriza por el contraste entre el enlucido y los perfiles de piedra a la vista que dibujan las esquinas, los marcos de las ventanas y de los tímpanos y el gran portal flanqueado por dos columnas que sostienen la terraza en la primera planta. Dentro del patio destaca la estatua de Andrea Vaccà, que representa a Moisés (siglo XVIII). En él se conservan, además, bustos de algunos arzobispos pisanos.
El edificio surge en una zona ocupada desde la época antigua. Excavaciones arqueológicas han sacado a la luz materiales etruscos y los restos de una domus romana habitada y varias veces reestructurada entre la época tardo-republicana y tardo-antigua. A partir de principios del siglo X el área fue sede de la corte episcopal. Aquí surgía la Iglesia de San Jorge ad Curte Piscopi, sucesivamente englobada en la esquina sur-oriental del palacio. Los documentos recuerdan como en 1178 la Domus Episcopi era ya bastante amplia y digna para hospedar a Federico Barbarossa, pero fue el arzobispo Saltarelli, en el siglo XIV, quien otorgó importancia al edificio, antes de las fusiones y de las modificaciones de mediados del siglo XV.
El edificio alberga actualmente el Archivo de la Archidiócesis de Pisa.