Внимательно изучая «Десять книг об архитектуре» Витрувия и развив его идею дома с атриумом и перистилем, зодчий создал новый тип городского дворца — палаццо. Ранние палаццо в Виченце (палаццо Тьене, 1550-1551; Изеппо да Порто, 1552; Вальмарано, 1566) ещё близки флорентийским палаццо XV в. В палаццо Кьерикати, начатом в 1550 г, соединены черты небольшого дворца и общественного сооружения, элементы лоджии и палаццо. Два яруса больших дорических колонн в первом этаже и ионических во втором окружают в виде галерей анфилады залов с центральным большим залом во втором этаже, выходящем стеной на фасад. Благодаря глубоким лоджиям в первом и втором этажах стена фасада приобретает объемность и рациональную тектонику.
В оформлении фасадов ряда вилл и городских домов Палладио нередко применял большой ордер (палаццо Кьерикати в Виченце, 1550). Огромные колонны возвышаются на стилобатах (каменных плитах) — обычных, как в палаццо Вальмарана (начато в 1566) и в незаконченной Лоджии дель Капитаньо (1571), или очень высоких, целиком поглощающих первый этаж, как в палаццо Тьене (1556).
Наиболее значительная часть наследия Палладио — многочисленные спроектированные им виллы в окрестностях Венеции и Виченцы. Виллы были приспособлены для ведения сельского хозяйства и отвечали потребностям аристократии области Венето, вкладывавшей капиталы в земельные угодья. Композиция каждого ансамбля строго симметрична — от парадного сада и подъездов через главный портик или аркаду, предшествующую парадным залам, к лоджии или портику противоположной стороны дома, выходящей во второй сад. Колонный портик с фронтоном в духе римской архитектуры придавал жилищу человека «храмовидный» характер, тем самым возвышая и личность владельца, и будто сам круг его жизни. В виллах Палладио особенно замечательно проявилось его умение искусно сочетать архитектуру и природу, превращая пейзажное окружение в естественную среду обитания человека (для венецианцев это было особенно значимым, так как сама Венеция лишена зелени).
Шедевром Палладио является вилла Альмерико-Вальмарана («Ла Ротонда» (или «Капра») в Виченце (1551—1567, достроена Винченцо Скамоцци) — первая светская постройка эпохи Возрождения, увенчанная куполом. Здание выстроено в пропорциях золотого сечения по типу бельведера с круглым залом, увенчанным куполом, со световым фонарем и расположенными вокруг него по сторонам фасадов легкими ионическими 6-колонными портиками с лестницами.
Палладио остроумно и тактично обходится с мотивами древнеримской архитектуры, изученной им в Риме и по трактату Витрувия, обыгрывая сочетания колонн разной высоты и разных ордеров, нередко объединяя этажи здания массивными колонными («большой ордер»), накладывая портики и арки на простые геометрические архитектурные объемы и этим подчеркивая чистоту форм и гармонию их соотношений. Помимо своих исследовательских работ в Риме, Палладио проводил обмеры античных памятников в Вероне, Сплите, Ниме.
В Венеции Палладио по заказам Церкви выполнил несколько проектов и построил ряд церквей (Сан-Пьетро ин Кастелло, 1558; клуатр церкви Санта Мария делла Карита [ныне Музеи Академии]; фасад церкви Сан-Франческо делла Винья, 1562; Сан-Джорджо Маджоре на одноименном острове, 1565 [завершена В. Скамоцци к 1610]; «Иль Реденторе», то есть [церковь] Спасителя, на острове Джудекка, 1576—1592; Санта-Мария делла Презентационе, или «Ле Цителле»; Санта-Лучия, разобрана в сер. XIX в. при строительстве железнодорожной станции). Если виллы Палладио в целом объединяет впечатление гармонии и умиротворенности форм, то в его церквах главное — динамика форм, иногда — взволнованная патетика.