Edificato alla fine del Cinquecento dopo l'abbattimento di alcune case gia appartenute ai Ridolfi, agli Aldobrandini e ai Rondinelli, il palazzo presenta una facciata armonica e lineare, nella quale e conservato un tabernacolo realizzato nel primo Novecento che ospita una Madonna con il Bambino e San Giovannino, attribuita a Mino da Fiesole.

     La famiglia Martelli, proveniente dalla Val di Sieve, fu nota nel Quattrocento, oltre per il suo legame alla famiglia Medici, per alcune importanti commissioni artistiche affidate prevalentemente a Donatello.

     Dello scultore si conservavano nel palazzo numerose opere, oggi visibili nel Museo del Bargello e presso due collezioni statunitensi; mentre tuttora in loco e il bellissmo Stemma Martelli con il grifone araldico, ubicato alla sommita' di uno scalone.

     La collezione fu arricchita, nei secoli successivi, con una bella quadreria, che conserva numerosi dipinti, tra i quali due pregevoli dipinti su tavola raffiguranti il Culto di Vesta e le Feste lupercali di Domenico Beccafumi.

     Dopo l'estinsione della famiglia Martelli, avvenuta in questi ultimi anni, l'intero patrimonio, compreso il palazzo, e pervenuto alla Curia fiorentina.