Il Palazzo sin dalla sua origine fu dotato di una grande armeria, detta anticamente Tersenaia. Questo arsenale fu mantenuto sempre scrupolosamente ordinato e fu mostrato con orgoglio ai visitatori stranieri perché riferissero all’estero delle capacità difensive della città. Dal Cinquecento l’armeria fu ospitata nei nuovi locali al piano terreno nell’ala centrale del Palazzo. Nel Settecento la grande quantità di armi - di tutte le epoche - raccolte faceva di questo deposito un museo interessantissimo. Nel 1799, dopo la battaglia della Trebbia, l’armeria fu completamente depredata all’esercito austriaco assieme ai cannoni delle mura di Lucca, per non lasciare munizioni nelle mani di Napoleone. Non fu possibile salvare nemmeno i cimeli più importanti.
Così fu descritto da Georg Christoph Martini, il Sassone, che soggiornò a Lucca fra il 1725 ed il 1745.
<<Sotto il porticato (...) tre grandi porte di ferro conducono all’armeria, ben sistemata e sempre mantenuta in ordine. Presso l’ingresso c’è un locale dove i militari si incontrano con i nobili deputati all’ispezione dell’armeria. Quivi i muri, sistemati a forma di tribuna, sono ornati in alto da decorazioni dorate e coperti di tessuto verde. I sotterranei sono divisi da pareti trasversali di legname e riempiti fino al soffitto di fucili, baionette e daghe. Le pareti divisorie lasciano libero l’accesso a tre corridoi attraverso porte ad arco, in fondo ai quali sono tenute le polveri. Su ambedue i lati dei corridoi sono ordinati, su rastrelliere di legno, i moschetti; le cartucce e i foderi delle daghe sono appesi alle volte. Qua e là su dei sostegni vi sono delle corazze intere, come se rivestissero ancora i guerrieri. Nei locali superiori sono simmetricamente disposti fucili con baionetta ed una quantità di pistole, corazze, piccoli caschi ed altre armature per la cavalleria. Sulla parete di fondo sono appese, in mezzo ad alcune pistole, due antiche spade. La prima, quella verso la finestra, appartenne a Niccolò Piccinino che i Genovesi inviarono in aiuto ai Lucchesi assediati e pressati da vicino dai fiorentini; l’altra al famoso Castruccio Duca di Lucca, che la usò nella gloriosa battaglia del 1325 contro i Fiorentini. (...) Ci sono armi a sufficienza per armare 24'000 uomini e ciò per le sole milizie di città perché quelle di campagna, che ammontano a 24'000 uomini, sono tutte provviste di fucile>>.