Il palazzo Piccolomini, che presenta una pianta quadrangolare organizzata attorno ad un cortile con portico, rappresenta uno degli edifici monumentali voluti da Pio II nella riorganizzazione del borgo nativo di Corsignano, decisa durante la sua visita del 1459. Leon Battista Alberti, consigliere di Pio II, indicò al papa il nome dell'architetto fiorentino Bernardo Rossellino come progettista di tutto il complesso. L'antico borgo fu trasformato in una delle più riuscite "città ideali" del Quattrocento: sul preesistente tessuto urbano, posto sul crinale del colle e imperniato su un asse viario longitudinale, fu innestato il nuovo spazio della piazza trapezoidale su cui prospettano la cattedrale, il palazzo vescovile, il palazzo pubblico e il palazzo papale. La piazza è caratterizzata da una particolare organizzazione prospettica che permette di ampliare visivamente lo spazio e di rendere immediatamente percepibile la Val d'Orcia subito dietro gli edifici monumentali. Scala metrica di questo spazio urbano è il pozzo accanto a Palazzo Piccolomini.

Il Palazzo è arricchito da un piccolo giardino pensile, costruito tra il 1459 e il 1462 per volere dello stesso Papa, su progetto del Rossellino. Il giardino è chiuso su tre lati da alte mura ricoperte di edera e sul terzo da una loggia a tre ordini sovrapposti di arcate che caratterizza la facciata meridionale della residenza papale. È dotato di un sistema di condotti di scolo che impediscono all'acqua piovana di penetrare nei locali sottostanti. La disposizione degli spazi ripropone le caratteristiche dei giardini rinascimentali: le aiuole, con doppia siepe di bosso, individuano due vialetti tra loro perpendicolari nel cui punto d'incontro è posta una fontana. Nel giardino si trova anche un pozzo ottagonale con lo stemma della famiglia Piccolomini. Dalla loggia si ammira uno spettacolare panorama sulla Val d'Orcia e sul monte Cetona.