Tra il 1376 e il 1382 Benci di Cione e Simone Talenti eressero, su disegno dell'Orcagna, una loggia in piazza della Signoria. Al riparo della loggia, conosciuta anche come Loggia dei Lanzi (nome derivato dai lanzichenecchi che vi si accamparono) o Loggia dell' Orcagna (dal nome di Andrea di Cione Arcangelo, detto Orcagna, che forse ne fornì il progetto), si trova una serie di celebri sculture in una sorta di "museo all'aperto". Intorno alla metà del Cinquecento, il naturalista francese Guillaume Rondelet, autore di un famoso trattato sui pesci, di passaggio a Firenze osservava proprio sotto la Loggia dei Lanzi una carcassa di capodoglio, esposta fra lo stupore e l'entusiasmo dei passanti. Sulla parete destra della loggia, una iscrizione latina ricorda l'adozione, alla fine del 1749, del calendario comune (conosciuto come gregoriano e in uso altrove già dal 1582) in sostituzione di quello fiorentino che iniziava il 25 marzo e in cui l'anno era detto ab incarnatione perché iniziava appunto nove mesi prima di Natale.

Sopra la terrazza della loggia, raggiungibile dalla galleria degli Uffizi, Bernardo Buontalenti apprestò, nella seconda metà del Cinquecento, una specie di giardino pensile ad uso dei Granduchi.

Nel 1859, per volontà di Cosimo Ridolfi, allora Ministro della pubblica istruzione in Toscana, fu affidata a Filippo Cecchi e Giovanni Antonelli la costruzione di un grande barometro a bilancia e di un termometro metallico, da collocare all'interno della Loggia. L'intento, come dichiarò Cecchi, era quello di rendere «familiare al popolo l'uso di un genere di osservazioni meteorologiche utilissime». La scelta di una sede così prestigiosa per l'installazione di strumenti meteorologici rappresentava un forte riconoscimento del sapere scientifico. Il felice connubio fra arte e scienza non durò però a lungo: intorno agli anni Trenta del Novecento, le autorità cittadine decisero, in nome di criteri estetici, di smontare gli strumenti e trasferirli in deposito presso gli Uffizi. Attualmente all'Istituto e Museo di Storia della Scienza sono conservati i pezzi superstiti dei quadranti degli strumenti.