Nel 1521 la repubblica di Venezia e l'Austria posero fine ad una lunga guerra con un trattato, che stabiliva confini anomali determinando una situazione instabile nei confronti del nemico della serenissima.
Il Senato della repubblica di Venezia, in questo clima di preoccupazione per l'integrità del territorio, decise di costruire una fortezza tra Udine e Marano Lagunare, vicinissimo al confine degli Asburgo.
Il progetto fu seguito da una squadra di ingegneri ed esperti architetti militari e il 7 ottobre 1593 venne posta la prima pietra per la sua costruzione.
Palmanova fu costruita come macchina da guerra, era dotata di due cerchie di fortificazione e il numero dei bastioni e la lunghezza dei lati furono costruiti in base alla distanza massima a cui arrivavano i cannoni del tempo.
Nel 1797 un maggiore austriaco riuscì ad entrare nella fortezza e la conquistò, ma passo poi quasi subito sotto il controllo francese; negli anni successivi torna nuovamente in mano austriaca e nel 1805 ancora ai francesi, fino al 1814 che tornò agli Asburgo.
Nel 1848 i cittadini della fortezza si ribellarono contro gli austriaci fino ad assumere il controllo della città.
Palmanova venne poi annessa al Regno d'Italia nel 1866 e durante la Prima Guerra Mondiale fu centro di smistamento, rifornimento per le truppe sull'Isonzo e ospedale da campo.
Fu poi incendiata dalle truppe italiane in ritirata e alla fine della Seconda Guerra Mondiale Giuseppe Merlino fece indietreggiare i tedeschi che, con l'idea che avevano, avrebbero probabilmente distrutto gran parte della città.
Nel 1960 Palmanova fu dichiarata monumento nazionale e nel luglio del 2017 è entrata a far parte del patrimonio dell'umanità UNESCO.