Il Palazzo Comunale è costituito da un insieme di edifici che nel corso dei secoli sono via via stati uniti ad un nucleo più antico acquisito dal Comune alla fine del Duecento, comprendente fra l'altro l'abitazione di Accursio, maestro di diritto nello Studio bolognese. Fu inizialmente destinato a conservare le pubbliche riserve granarie e ad ospitare alcuni uffici municipali; da quando nel 1336 divenne residenza degli Anziani, la massima magistratura di Governo del Comune, è la sede del governo della città.

Rinnovato e ampliato nella prima metà del Quattrocento con l'intervento dell'architetto Fioravante Fioravanti, fu poi arricchito di un orologio nella torre d'Accursio e, secondo esempi diffusi nel centro Europa, di un carosello con automi in legno (Madonna con Bambino e corteo dei Magi) rimossi nel 1796 (ne restano alcuni, conservati oggi presso le Collezioni Comunali d'Arte, al secondo piano).

La facciata, dove è tuttora collocata la Madonna con Bambino di Niccolò dell'Arca (1478) già dorata e policroma, e dove restò per pochi anni un'immagine di Giulio II (distrutta nel 1511 all'epoca di un tentativo di rientro dei Bentivoglio nella città), fu arricchita a metà Cinquecento col bel portale di Galeazzo Alessi, sopra il quale nel 1580 fu posta la grande statua in bronzo di papa Gregorio XIII (pontefice della bolognese famiglia Boncompagni), dovuta allo scultore Alessandro Menganti.

All'interno del complesso si possono visitare, salendo la cinquecentesca scala cordonata attribuita tradizionalmente al Bramante ed in origine concepita per l'ascesa trionfale a cavallo dei rappresentanti del governo cittadino, una successione di sale-loggia e di cappelle.
Sala d'Ercole
Sala del Senato ora Sala del Consiglio Comunale
Sala Regia poi Farnese
Cappella del Legato o Farnese
Agli interventi dei secoli successivi risalgono alcune sale del palazzo.
Al primo piano la Sala Rossa
Al secondo piano, all'interno dell'appartamento invernale dei cardinali legati, oggi sede delle Collezioni Comunali d'arte, si trova la Sala Urbana. Dedicata nel 1630 al papa Urbano VIII presenta alle pareti una galleria di stemmi dei legati, vicelegati e governatori che si sono succeduti a Bologna tra 1327 e 1744. Attualmente la sala è visitabile solo su richiesta.
In corrispondenza di piazza Nettuno è posto invece l'accesso della Sala Borsa che sorge nell'area occupata dall'orto botanico o giardino dei semplici creato nel 1568 da Ulisse Aldrovandi proprio in adiacenza all'appartamento estivo del cardinale legato. Dopo svariate destinazioni d'uso nel 1883 - 86 viene trasformata in sala borsa con la realizzazione di un padiglione in ghisa e vetro poi innalzato di un secondo piano nel secolo seguente. Dal dicembre 2001 ospita la civica Biblioteca Multimediale.
L'ultimo piano del palazzo ospita oggi due musei civici: Collezioni Comunali d'Arte e Museo Morandi.

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