Fu realizzato dal 1865 su disegno dell'architetto Giuseppe Poggi su una collina appena a sud del centro storico, a completamento dei lavori di riqualificazione della riva sinistra dell'Arno. Da quell'anno infatti Firenze era capitale d'Italia e tutta la città era impegnata in un rinnovamento urbanistico, il cosiddetto Risanamento, ovvero la rinascita borghese della città: furono creati i viali di circonvallazione alla maniera di boulevard al posto delle mura della riva destra, fu aperta Piazza della Repubblica nel cuore del centro, e fu aperto il Viale dei Colli, una via panoramica alberata lunga 8 chilometri, al culmine della quale fu realizzato il piazzale. La cronaca della rapida costruzione di quest'ultima impresa ci è stata particolareggiatamente descritta dal giornalista italiano Pietro Ferrigni (noto con lo pseudonimo di Yorick) che non manca di riferire come una parte dei fiorentini si dispiacesse "per l'eccessiva spesa" della costruzione.

La piazza, dedicata al grande artista rinascimentale Michelangelo, presenta le copie di alcune sue famose opere conservate a Firenze: il David e le quattro allegorie delle Cappelle Medicee di San Lorenzo. Queste copie sono realizzate in bronzo, mentre gli originali sono tutti in marmo bianco. Il monumento fu portato su da nove paia di buoi il 25 giugno 1873.

Il Poggi disegnò anche la loggia in stile neoclassico che domina l'intera terrazza e che oggi ospita un ristorante panoramico. In origine avrebbe dovuto ospitare un museo di opere di Michelangelo, mai realizzato. Nel muro della balconata, posta sotto la loggia, vi è un'epigrafe a caratteri cubitali che ricorda la sua opera: Giuseppe Poggi architetto fiorentino volgetevi attorno ecco il suo monumento MCXXI.

Il panorama abbraccia il cuore di Firenze, dal Forte Belvedere a Santa Croce passando per i lungarni e i ponti di Firenze in sequenza, soprattutto il Ponte Vecchio; spiccano il Duomo, il Palazzo Vecchio, il Bargello e il campanile ottagonale della Badia Fiorentina, senza dimenticare le colline opposte a nord della città con al centro Fiesole e Settignano.

Al Piazzale si può accedere in auto percorrendo l'alberato Viale Michelangelo, realizzato in quegli stessi anni, oppure a piedi salendo le scalinate manumentali dette Rampe del Poggi da Piazza Poggi nel quartiere di San Niccolò.