Il palazzo venne rimaneggiato da Baldassarre Peruzzi a partire dal 1533, in seguito ai danneggiamenti subiti durante il Sacco di Roma del 1527.
Notevole è la facciata curvilinea, dovuta al fatto che segua la curva del Teatro di Balbo e perché Peruzzi aveva già lavorato al Palazzo Savelli, costruito sulle rovine del Teatro di Marcello.
La facciata è veramente innovativa e Peruzzi infrange le regole di architettura che, fino ad allora erano state rispettate.
Il bugnato è uniforme ovunque ed i vari piani sono sono marcati dalle cornici marcapiano. Tra il piano terreno ed il primo corre una trabeazione che, pur appartenendo all' ordine dorico (come le sottostanti colonne), non ha la canonica decorazione a metope e triglifi alternati. Sopra di essa ci sono i balconcini gravanti sul vuoto fra le colonne. Le finestre del secondo piano, che hanno sviluppo orizzontale, hanno cornici del tutto inedite, con perimetro esterno a volute che nulla hanno a che fare con le modanature classiche. Anche le finestre del terzo piano sono orizzontali.
Insomma, Peruzzi innova profondamente e non rispetta del tutto le regole che nel quattrocento si rispettavano. Come faceva Michelangelo (nella biblioteca laurenziana di Firenze, a Porta Pia) si 'forzano' le regole e si introduce la 'licenza' dalle regole, introducendo elementi eterodossi, liberi, originali, e si pongono le premesse per il Manierismo, dove questa licenza sarà programmatica.
Bellissimo il vestibolo a forcipe, con alle due estremità, due nicchie culminanti in catini a lacunari di losanghe curvilinee; accolgono statue classiche. Ornatissimo ed elegantissimo il portale; Peruzzi eseguì accuratissimi disegni a penna ed acquarello per progettarlo. Veramente monumentale ed impressionante il soffitto piano a lacunari, nel quale il Peruzzi ha saputo riproporre la monumentalità e l'imponenza delle architetture romane antiche. In questo modo la famiglia Massimo poteva mostrarsi come le antiche e potenti famiglie di Roma antica, come loro successori.