Palazzo Poggi venne eretto tra il 1549 e il 1560 e fu sontuosa abitazione di Alessandro Poggi e del fratello cardinale Giovanni Poggi. Alla morte di quest'ultimo, venne ereditato dai Del Gallo, poi dai Cellesi e infine dai Banchieri di Pistoia, che nel 1711 lo vendettero al Senato di Bologna.
Il palazzo divenne allora sede dell'Istituto di Scienze, che vi fece innalzare la "Torre della Specola" e nel 1756 vi aggiunse la prima biblioteca pubblica di Bologna, oggi la monumentale "Aula Magna".
Decorato da affreschi di Pellegrino Tibaldi, secondo alcuni studiosi anche progettista del palazzo (da altri è invece indicato il nome di Bartolomeo Triachini), il palazzo presenta pianterreno l'Aula Giosuè Carducci, celebrativa del poeta, che qui tenne lezioni di lingua e letteratura italiana per quarant'anni. Oltre al rettorato, la Biblioteca universitaria e la Quadreria, Palazzo Poggi ospita sono tre musei universitari (Museo di palazzo Poggi, Museo della Specola, Museo Europeo degli Studenti).