Il secondo piano del Palazzo, occupato dai quartieri del Cardinal Legato, si apre con la monumentale sala Farnese di impianto rinascimentale, in origine destinata alle funzioni pubbliche. L'ambiente venne completamente ridecorato intorno al 1660 da un gruppo di allievi di Francesco Albani guidati da Carlo Cignani (fra cui Lorenzo Pasinelli e un Bibiena), con episodi celebrativi della presenza della Chiesa e del

potere pontificio nella Città dal Medio Evo al Seicento (tra questi, la Benedizione delle insegne dei Crociati bolognesi, l'Origine della processione della Madonna di S. Luca, Il potere taumaturgico di Francesco I, l'Incoronazione di Carlo V). In fondo alla sala, in prossimità delle finestre, la statua in bronzo e lamina di rame di Alessandro VII Ghigi, eseguita nel 1660 dall'orafo d'origine toscana Dorastante d'Osio, già ospitata presso l'adiacente sala degli Svizzeri, venne trasportata presso l'Istituto delle Scienze all'epoca dell'invasione francese per essere poi collocata definitivamente nella sua sede attuale nel 1845. Nella parete destra, un grande portale cinquecentesco realizzato dall'architetto Galeazzo Alessi in arenaria, poi rivestito in scagliola

nell'Ottocento, conduce alla cappella Farnese (già Cappella Palatina), che ospitò nel 1530 la solenne cerimonia di incoronazione dell'imperatore Carlo V. La cappella è affrescata con Storie della vita della Vergine, uno dei testi più importanti della pittura bolognese fra Maniera e Controriforma, eseguite da Prospero Fontana (1562) durante la Legazione di Carlo Borromeo sotto il pontificato di Pio IV.