Il palazzo venne edificato nel 1810 su disegno di Carlo Barrera lungo via Pasini, proprio di fronte ad un altro edificio progettato pochi anni prima dallo stesso architetto: palazzo Garbin. Per i Fogazzaro esso realizzò un progetto che riprende evidentemente lo stile di Andrea Palladio. Commissionato da Mariano Fogazzaro (bisnonno di Antonio), fu fatto erigere sull'area dove in precedenza sorgeva l'opificio della famiglia Fogazzaro, al tempo uno dei più fiorenti di Schio. Oltre che a scopo residenziale il palazzo venne impiegato anche come deposito per lane e granaglie.

A partire dal Novecento il palazzo ospitò varie istituzioni, quali la Pretura ed il Regio Commissariato. Nel 1948 venne acquistato dal Comune di Schio e fu destinato a sede di istituti scolastici. Restaurato una prima volta nel 1960, fu sottoposto ad un nuovo e radicale restauro a partire dal 2002, contestualmente alla sua conversione per impiego a fini culturali.

Il palazzo Fogazzaro ospita mostre, conferenze ma soprattutto è sede della Collezione Civica: raccolta di dipinti, disegni, incisioni e sculture dal XIII secolo in poi. Nel 2011 è stata istituita anche una sezione dedicata ai libri d'artista.