De bouw van het Paleis van de Hertogen en de Staten van Bourgondië is in 1365 gestart door Philippe II (Philips de Stoute), de zoon van Koning Jean II. Hij was de eerste hertog van Bourgondië uit het Huis van Valois.
Het oudste deel van het paleis is de Toren van Bar. In de loop der eeuwen zijn, in verschillende bouwstijlen, delen toegevoegd. Philippe le Bon (Philips de Goede) liet het hoofdgedeelte van het paleis bouwen.
De 46 meter hoge Toren van Philippe le Bon, aanvankelijk de Terrastoren genaamd, werd rond 1460 gebouwd. Deze toren was in gebruik als paleisruimte onderdeel van het paleis en onderstreepte tegelijkertijd de macht van de hertogen. Het is mogelijk om de toren te beklimmen via de wenteltrap met 316 treden en vanaf de top te genieten van het mooie uitzicht.
De grote zaal, Salle de Gardes, op de eerste etage van het paleis is 18 meter lang, 9 meter breed, en 9 meter hoog. Hier werden de grote feesten van het Hof van Bourgondië gehouden. Deze zaal is te bezichtigen bij een bezoek aan het Museum van Schone Kunsten. Dat geldt ook voor de keuken, met z’n enorme schouwen, die door Philips de Goede werd gebouwd.
De macht van de hertogen van het Huis Valois, die alle vier vanuit Dijon heersten, sterkte zich uit tot in Nederland. De hertogen hadden een luisterrijk en weelderig hof. Dankzij hun mecenaten kwamen de kunsten tot bloei. Onder hun heerschappij beleefde Bourgondië een gouden eeuw.
Philips de Stoute liet aan de rand van de stad het kartuizer klooster Champmol, inclusief de Put van Mozes (Puits de Moïse) aanleggen als toekomstige dodenstad voor zijn familie. Tijdens de Franse revolutie werd Champmol echter grotendeels vernield. In 1827 zijn de graftombes van Philips de Stoute en zijn zoon Jan zonder Vrees overgebracht naar de Salle des Gardes van het hertogelijk paleis waar ze nu nog steeds staan.
Na de dood van de Karel de Stoute in 1477 kwam het hertogdom Bourgondië onder de Franse kroon. Het paleis werd een verblijf van de koning. Vanaf 1679 zetelden hier de Staten van Bourgondië. Ze hebben het complex vergroot en veranderd. Zo werden er klassieke elementen toegevoegd aan de gotische stijl van het paleis. In die periode werd ook het enorme plein voor het paleis aangelegd waar tot de Franse revolutie een groot beeld van de koning Louis XIV stond.
Tegenwoordig zijn het stadhuis, het toeristenbureau en het Museum van Schone Kunsten in de paleisgebouwen gevestigd.