Gli Ubaldini, signori di questa terra, assegnarono a Palazzuolo la funzione di "mercatale" cioè punto di riferimento per gli scambi di prodotti dell'agricoltura e dell'artigianato. Dal 1362 fu ceduto alla Repubblica Fiorentina e più tardi fu sede del Vicariato. Durante il dominio mediceo fu sede, con Marradi, di un capitanato, soppresso nel 1772 e sostituito da una podesteria. Nella piazza principale è il trecentesco Palazzo dei Capitani che ospita la sede del Museo delle Genti di Montagna che conserva  documenti e testimonianze della tradizione contadina e artigiana del territorio con la ricostruzione integrale di ambienti quali il mulino e gli spazi della casa ai quali si alterna l'esposizione di attrezzi che rievocano cicli tematici e mestieri: il carbone, la castagna, il grano, il falegname, il fabbro. Nel Palazzo si trova anche il Museo Archeologico Alto Mugello, che documenta il passato con i suoi reperti preistorici esposti in un contesto narrativo raffigurante le tappe più significative dell'evoluzione dell'uomo.

Di notevole interesse è la seicentesca Chiesa dei SS. Carlo e Antonio che conserva pregevoli tele e stucchi del XVII sec. e la Chiesa di Santo Stefano.

Nei dintorni sono il Santuario della Madonna delle Nevi di Quadalto del XV sec. e Badia di Susinana con la sua vecchia chiesa sorta nel XII sec., oggi trasformata in villa-fattoria.