A finales de la Edad Media el complejo arquitectónico que hoy constituye el Palacio Azul pertenecía a una de las más importantes familias de la historia de Pisa, los Dell’Agnello. Estaba compuesto por dos casas-torre adosadas que en 1356 los Dell’Agnello decidieron unir a otra residencia suya por medio de un paso elevado por encima de la red viaria preexistente. Este segundo edificio puede apreciarse en la parte oriental, retrasada hacia el sur. A consecuencia de la realización del proyecto derivó lo que en las fuentes se define como un “bellísimo edificio y palacio” conforme a la función política de esta familia, que en 1364 ascendió a la dignidad de dux de la ciudad. A pesar del exilio de 1368, los Dell’Agnello mantuvieron el control del inmueble. Cuando en 1494 el soberano francés Carlos VIII llegó a Pisa fue a la casa de Giambernardino Dell’Agnello, en Lungarno Santa Cristina.
En el siglo XVI el palacio pasó a manos de los Sancasciani y luego de los Del Testa. Entre 1577 y la compra en 1789 de los Bracci Cambini tuvo lugar la reestructuración de la fachada, organizada con ventanas cuadrangulares con el marco en asperón y con un portal central rematado con una abertura “arrodillada” con balconcillo. En 1807 el inmueble estaba en manos de los condes Archinto, que compraron una parte del suelo público para ampliar la fachada hacia el oriente, cubriendo el antiguo paso elevado y creando un estrechamiento con respecto a la Iglesia de Santa Cristina. El color exterior del palacio se remonta a este período, debido probablemente al gusto de los huéspedes de San Petersburgo que vivieron aquí. En 1864 fue comprado por el noble pisano Domenico Giuli, que edificó una nueva ala que hacía simétrica la fachada y la conectaba con el Palacio Casarosa, de su propiedad. En los años sucesivos el palacio asumió el aspecto que aún conserva.
La Fundación Pisa, al comprar el palacio a principios del siglo XXI, ha querido convertirlo en su propia sede y realizar en su interior un centro de actividades culturales y expositivas.