L’edificio fu costruito fra il 1337 e il 1404 sulle rovine di quello duecentesco. La singolare costruzione era costituita da una loggia, originariamente destinata al mercato del grano, chiusa nella seconda metą del Trecento e adibita a chiesa. I due piani superiori hanno mantenuto la funzione di deposito del grano fino alla seconda metą del Cinquecento. A metą strada fra il polo religioso di Santa Maria del Fiore e quello politico di piazza della Signoria, Orsanmichele costituisce un perfetto esempio di integrazione civile-religiosa, ribadita dai tabernacoli esterni con le statue dei patroni delle Arti (o Corporazioni di Mestiere). Tra questi il Tabernacolo dei Santi Quattro Coronati, realizzato da Nanni di Banco, riveste particolare interesse sotto il profilo tecnico-scientifico. Eseguito per l’Arte Minore dei Maestri di Pietra e Legname, che riuniva tutti i lavoratori nel campo dell’edilizia, il tabernacolo ospita nella nicchia le statue monumentali dei quattro Santi (Castorio, Simproniano, Nicostrato e Simplicio). Nel bassorilievo i Santi sono raffigurati al lavoro: il primo a sinistra edifica un muro, il secondo, che ha un trapano in mano, lavora su una colonna, il terzo, con compasso e squadra, realizza un capitello, mentre l’ultimo scolpisce un putto con un picconcello o picchiarello. Oltre agli strumenti usati dai santi, altri sono appesi al muro, a ricreare l’ambientazione della scena: la squadra, la riga, il compasso, l’archipenzolo. Quest’ultimo, posizionato alla sinistra di chi guarda, consente di leggere l’inclinazione del piano sul quale viene appoggiato.

Orsanmichele fu anche ipotizzato come eventuale sede di ricerca astronomica. Nel secolo XVIII l’Imperial Consiglio di Reggenza aveva affidato all’astronomo Tommaso Perelli l’incarico di valutare l’idoneitą dell’edificio di Orsanmichele per istituirvi una specola. Sebbene per la stabilitą e l’ampiezza l’edificio in questione risultasse adatto, altrettanto non poteva dirsi per il sito. «Se fosse rimessa in me la scelta – scriveva Perelli – inclinerei alla collina d’Arcetri, luogo nobilitato dalle osservazioni, e dal soggiorno di molt’anni del gran Galileo, e per questo stesso motivo degno di servire anche nei secoli che verranno all’esercizio di una scienza la quale dalle fatiche, e dall’ingegno di quell’uomo veramente incomparabile riconosce gran parte dei suoi pił importanti avanzamenti».