Il palazzo presenta le caratteristiche di una fortezza sul piano superiore le eleganti e raffinate finestre a crociera mostrano gli elementi rinascimentali.
Il portale, attribuito a Giovanni Dalmata mostra il sigillo dei Barbo. Splendido il cortile interno il cui ordine delle colonne, tuscaniche al primo piano e ioniche e corinzie al secondo ricorda gli archi del Colosseo.
Nell'interno, la Sala Regia ha tracce di pitture di Donato Bramante e la Sala del Mappamondo è decorata dalle classiche prospettive di Andrea Mantegna. Il palazzo venne ceduto nel 1564 alla Repubblica Veneta come sede degli ambasciatori. Dopo il trattato di Campoformio passò all'Austria per la sua ambasciata, nel 1916 il palazzo venne rivendicato dall'Italia.

Deve la sua fama al fatto che qui Mussolini insediò il suo quartier generale occupando la immensa sala del mappamondo e lanciando i suoi discorsi alle masse dal piccolo balcone al secondo piano.
Passando di notte per la deserta Piazza Venezia, si poteva notare una finestra dalla luce perennemente accesa: segno che il governo fascista non riposava mai. E finchè a vegliare la notte c'era quella luce, gli italiani potevano dormire sonni tranquilli. C'era lui a proteggere tutti... Oggi il Palazzo è sede del Museo del Palazzo Venezia, ricco di raccolte molto varie, arazzi, marmi, armi, argenti, ceramiche, e dell'importantissima Biblioteca dell'Istituto di Archeologia e di Storia dell'Arte.