E’ uno dei pochissimi edifici di Strada Maggiore a non presentare il portico, privilegio che in molti casi viene concesso nella costruzione dei palazzi senatori. In tal modo la facciata assume un ruolo preponderante negli affacci su strada e qualifica i proprietari, in questo caso i Bargellini, in termini di rango e status sociale.
L’edificio, uno dei più fastosi dell’epoca barocca, viene iniziato nel 1610 inglobando due proprietà esistenti. Nel 1638 il senatore Astorre ottiene il permesso di erigere la facciata su progetto di Bartolomeo Provaglia che la caratterizza con la presenza di due telamoni in macigno eseguiti dagli scultori Gabriele Brunelli e dall’ allievo Francesco Agnesini.
I lavori nel corso del secolo procedono lentamente e culminano nel 1730 con la realizzazione dell’imponente scalone voluto da Vincenzo Bargellini per il quale vengono redatti numerosi progetti. L’autore dello scalone al momento viene individuato in Alfonso Torreggiani, per quanto autorevoli studiosi preferiscano l’attribuzione a Carlo Francesco Dotti. La decorazione a stucco è di Giuseppe Borelli.
Nel XIX secolo la proprietà passa alla famiglia Davia e successivamente, in mancanza di eredi, perviene all'Opera Pia che ancora la gestisce. Dal 1924 il Museo Civico d’Arte Industriale viene ospitato al piano terra dove tuttora è visitabile nell’attuale allestimento del 1984.