Le statue di Piazza della Signoria rappresentano anche un vero e proprio ciclo allegorico laico, unico al mondo nel suo genere: tale ciclo di statue avrebbe dovuto ispirare i governanti della città che si recavano a Palazzo Vecchio.

Proprio davanti al Palazzo, sul cosiddetto "arengario" si trovano le scultura più antiche, che un tempo si trovavano più avanti verso la piazza: sono il "Marzocco" e la Giuditta e Oloferne (1455-60 circa), entrambe opere di Donatello, sostituite da copie per la loro preziosità (il Marzocco è conservato al Bargello, la Giuditta dentro Palazzo Vecchio). Il "Marzocco" in pietra serena è un leone possente che poggia una zampa sull'emblema con il giglio fiorentino, ed è ormai diventato un simbolo della città. La "Giuditta" di bronzo è un simbolo dell'autonomia politica della Repubblica Fiorentina. Fu infatti saccheggiata dal Palazzo Medici dopo la seconda cacciata dei Medici (1498) dove ornava una fontana del giardino, e simboleggià quindi la vittoria del popolo contro i tiranni. Al ritorno dei Medici, sebbene gran parte del loro patrimonio fu riacquistata e riunita di nuovo nelle collezione della casata, la "Giuditta" rimase in Piazza per non offendere la sensibilità del popolo.

Un secondo capitolo di questa contesa tra Medici e repubblica è rappresentato dal "David" di Michelangelo, oggi sostituito da una copia messa nella collocazione originaria della famosa scultura. Michelangelo la realizzò attorno al 1500 quando infuriava la stagione savonaroliana e il suo significato è quello ancora del popolo (simboleggiato da Davide) che, con l'aiuto di Dio, sconfigge il tiranno (Golia). La grandezza della scultura di Michelangelo è ancora più notevole se confrontata con le opere di Donatello e questo "gigantismo" diede il la a tutte le altre statue che furono in seguito collocate in piazza.

Sempre sulla base di un tema politico si erge il "Perseo" di Benvenuto Cellini nella Loggia dei Lanzi (chiamato anche con il titolo più completo "Perseo con la testa di Medusa" del 1554), commissionato da Cosimo I dopo il reinsediamento della casata dei Medici a Firenze nel 1531: Perseo alza la testa della sconfitta Medusa dalla quale escono i serpenti, chiaro simbolo del "taglio netto" con l'esperienza repubblicana, tristemente nota per le proverbiali discordie cittadine che avevano da sempre minato una vera democrazia.

L'"Ercole e Caco" di Baccio Bandinelli (1533) si trova accanto al "David" e rappresenta la vittoria con la forza e l'astuzia contro i malvagi, in una simbologia tratta dalle Dodici fatiche. La scultura doveva essere in un primo momento realizzata da Michelangelo, ma per i suoi continui impegni fu invece affidata a Baccio Bandinelli, il quale tentò di emulare lo stile poderoso del "David", senza però riuscirsi e guadagnandosi molte aspre critiche e una brutta fama di invidioso giunta fino ai giorni nostri. Ai lati dell'ingresso principale di Palazzo Vecchio troviamo i due Termini marmorei, quello maschile di Vincenzo de' Rossi e quello femminile di Baccio Bandinelli che riprendono una tipologia della statuaria classica.

La Fontana del Nettuno di Bartolomeo Ammannati (1563-1565) e di alcuni suoi allievi, tra i quali il Giambologna, è la prima fontana pubblica di Firenze. Il grande Nettuno in marmo bianco non è molto amato dai fiorentini che lo chiamano Biancone (celebre l'epitomo espresso dal popolo all'inaugurazione della statua nel 1565 "Ammannato Ammannato, quanto marmo hai sciupato!") Infine, in posizione centrale a sinistra di Palazzo Vecchio si trova la grandiosa Statua equestre di Cosimo I, opera in bronzo del Giambologna (1594). Altre scultura famose sono ospitate sotto la Loggia dei Lanzi (il "Ratto delle Sabine", il gruppo di "Polissena, Nesso e il Centauro", eccetera).