W 1499 r. spłonęła część zamku na Wawelu. Aleksander Jagiellończyk w 1504 powierzył odbudowę zamku Rosenbergowi. Najwcześniej (w latach 1502 -1507) zostało odbudowane skrzydło zachodnie. Po koronacji Zygmunta Starego pracami kierował Franciszek Florentczyk, włoski rzeźbiarz i architekt, który już w latach 1502 - 1505 zaprojektował przyścienną, arkadową niszę nagrobną Jana I Olbrachta w katedrze wawelskiej, w której zastosował łuk triumfalny zamiast popularnego w gotyku baldachimu. Po śmierci Florentczyka (1516 r.) budową zamku kierowali: Bartolomeo Berrecci i Benedykt z Sandomierza. Ok. 1516 r. ukończono budowę skrzydła północnego a w 1536 r. wewnętrzny dziedziniec. W trzech skrzydłach zamku rozmieszczono sale i komnaty poprzedzone od strony dziedzińca trójpoziomowym krużgankiem, czwarte skrzydło, zamykające dziedziniec od południa, nie posiada części mieszkalnej. Jest to ściana kurtynowa z traktem komunikacyjnym. W dwóch dolnych poziomach zamku mieszczą się pomieszczenia gospodarcze (parter) i komnaty mieszkalne zaprojektowane w układzie amfiladowym. Poprzedzające je krużganki wzorowane są na budowlach wczesno florenckich z arkadami opartymi na głowicach kolumn. Na trzecim poziomie mieszczą się pomieszczenia reprezentacyjne. Znaczną wysokość pomieszczeń odzwierciedla poziom krużganków o bardzo smukłych kolumnach. W połowie ich wysokości architekt umieścił przewiązki poprawiające ich proporcje a konstrukcję dachu podparł dzbanuszkami, które z jednej strony pełnią funkcję dekoracyjną i pozwalają na lepsze oświetlenie kapiteli kolumn ocienianych okapem a z drugiej poprawiają statykę przekazując obciążenie dachu na centralną powierzchnię głowicy. Dekoracyjność dziedzińca podkreślała barwna polichromia i fryz obiegający ściany krużganków. Pomieszczenia mieszkalne i reprezentacyjne przykryto drewnianymi stropami o profilowanych belkach lub kasetonach. Poniżej malowane pasy z dekoracją figuralną. Obramowania drzwi i okien łączą motywy zdobnictwa późnogotyckiego i renesansowego oraz wzory florenckie.
Zniszczony przez pożar zamek odbudowy doczekał się kilka lat później. Inicjatorami tego przedsięwzięcia byli królewicz Zygmunt i król Aleksander Jagiellończyk, którzy chcieli, aby zamek wybudować w (nowym wówczas dla nich) stylu renesansowym. Sprowadzono wtedy z Węgier architektawłoskiego pochodzenia - Franciszka Florentczyka. Artysta przystąpił w 1504 roku[3] do budowy zachodniego skrzydła. Współpracowali z nim muratorzy i lapicydzi, m.in. Jan z Koszyc, Włoch Ugulino, Kacper Simon z Sabinowa, Jan Włoch. Gdy je ukończył, zabrał się do stawiania jeszcze północnego i wschodniego, które ukończył w 1516 r., zaczynając dobudowywać krużganki. Z powodu śmierci pracami miał kierować Bartłomiej Berrecci, który, zajęty wznoszeniem kaplicy Zygmuntowskiej, funkcję tę powierzył Benedyktowi z Sandomierza. Powstająca wówczas budowla miała kształt czworoboku z dziedzińcem zewnętrznym. Niesprzyjające jednak warunki geologiczne, związane z układem terenu (spadek zbocza), spowodowały wzniesienie jedynie ściany kurtynowej od strony południowej.
W 1530 r. Bartłomiej Berrecci przejął budowę. Współpracowali z nim wówczas stolarze, mi.in.: Jerzy z Nysy, Sebastian Tauerbach z Wrocławia, Hans Dürer z Norymbergi (brat Albrechta), Piotr Dziwak (Wunderlich), Andrzej Jungholcz z Bawarii, Jan Poznańczyk i inni. Rezydencja była już ukończona w1536 r., jednak uległa ona pożarowi w tym samym roku. Zniszczone były skrzydła: południowe i wschodnie. Do odbudowy przystąpiono w 1537 roku. Początkowo pracami kierował Bartłomiej Berrecci, jednak zmarł on tego samego roku. Od 1537 - 1545 r. prace nadzorował Mikołaj Castiglione, w latach 1545 - 1549 zaś Mateusz Włoch. Niebawem magnaci i szlachcice zaczęli wznosić podobne budynki, wzorując się na zamku. Kolejny pożar dotknął zamku w 1595 r., niszcząc skrzydła północne i północną część wschodniego. Król Zygmunt III Waza do odbudowy zatrudnił głównie artystów włoskich. Prace nadzorował Giovanni Trevano, współdziałający m.in. z Ambrożym Meazi i Janem Chrzcicielem Petrinim. Przebudowano część wnętrz, nadając im wystrój wczesnego baroku rzymskiego z manierystycznymi plafonami oraz polichromią pędzla Tomasza Dolabelli i Kaspra Kurcza. Wzniesiono wtedy również wieże narożne: Sobieskiego - ok. 1620 r. (narożnik północno-zachodni) i Zygmunta III (narożnik północno-wschodni). Tak powstały pałac miał charakter baroku rzymskiego.
W latach 1502-1536 miała miejsce renesansowa przebudowa zamku wawelskiego, kierowana przez architektów z Włoch: Franciszka Florentczyka i Bartłomieja Berecciego. Pomieszczenia zamkowe rozplanowane zostały w wielkim czworoboku, w którego środku mieści się arkadowy dziedziniec. Arkady, oparte na kamiennych kolumnach, podtrzymują sklepienia wraz z przebiegającymi na nich trójpiętrowymi krużgankami. Górne piętro zamku różni się od pozostałych. Zamiast sklepienia znajdują się tam wyższe kolumny, na których opiera się drewniany pułap, co nadaje całej budowli lekki i harmonijny charakter. Na drugim piętrze umieszczone są komnaty królewskie. W największej z nich, wykończonej na początku XVI w. Izbie Poselskiej, król przyjmował posłów obcych państw. Na ścianach komnat królewskich i innych pokojów zamkowych wiszą arrasy niderlandzkie z kolekcji zakupionej przez króla Zygmunta Augusta.
W latach 1519-1533 do katedry dobudowano kaplicę Zygmuntowską; stała się ona z czasem mauzoleum ostatnich Jagiellonów. Jest to najpiękniejszy zabytek architektury renesansowej na ziemiach polskich. Budowla ta, wzniesiona na planie centralnym, stanowiła realizację renesansowego ideału harmonii i proporcji. Część dolna kaplicy ma formę sześcianu. Wyżej znajduje się ośmioboczny, bogato dekorowany bęben, przepruty dużymi okrągłymi oknami, podtrzymujący kopułę z latarnią. We wnętrzu kaplicy znajdują się nagrobki ostatnich Jagiellonów: Zygmunta Starego i Zygmunta Augusta. Obydwaj władcy zostali przedstawieni jako śpiący rycerze, gotowi w każdej chwili do przebudzenia.