Dopo un primo periodo di utilizzo come luogo per la didattica, l’Hospitium Bovis nel 1539 diventa la sede ufficiale dell’Ateneo di Padova.
I primi interventi di ristrutturazione e ampliamento dell’edificio hanno inizio nel 1522 ma è nella seconda parte del secolo che il palazzo acquisisce la forma che oggi conosciamo. È probabilmente l’architetto bergamasco Andrea Moroni, figura allora dominante nella scena padovana, l’ideatore del complesso antico del Bo ma di questo non esistono documenti che ne diano conferma diretta. A lui si deve la realizzazione del Cortile Antico la cui struttura prevede, sulla base della pianta di un chiostro monastico, un doppio loggiato attorno al quale si aprono le aule che ospitavano  le lezioni.

Il Cortile, come molte altre sale e locali, è ornato da decine di stemmi dipinti e in rilievo (in legno o pietra) lì collocati fino alla fine del Seicento a rappresentanza degli studenti, delle loro famiglie e di coloro che occupavano cariche accademiche.

Dal Cortile Antico si accede al piano superiore attraverso uno scalone dove è collocata la grande statua opera dello scultore Bernardo Tabacco dedicata a Elena Lucrezia Cornaro Piscopia, nominata Magistra et doctrix in Philosophia a Padova nel 1678; da qui, alla Sala dei Quaranta che prende il suo nome dai 40 ritratti di celebri studenti stranieri dell’Università vissuti a Padova tra il Duecento e l’Ottocento. Qui è conservata la Cattedra di Galileo dalla quale, secondo la tradizione, lo scienziato teneva le sue lezioni. La sala introduce all’Aula Magna citata già nel 1399 come parte dell’Hospitium Bovis e assegnata poi ai giuristi, fatta eccezione per Galileo a cui fu consentito di utilizzarla per l’insegnamento visto l’alto numero di studenti presenti alle sue lezioni. A metà Ottocento si decide di riservare l’Aula esclusivamente alle cerimonie: da qui la decorazione del soffitto e in seguito la sistemazione definitiva da parte dell’architetto e designer milanese Gio Ponti, che nel 1942 consegna uno spazio fortemente rinnovato.

Dalla loggia superiore del Cortile Antico è possibile accedere anche al cinquecentesco Teatro Anatomico realizzato durante il magistero del docente Girolamo Fabrici d’Acquapendente e da qui alla Sala di medicina, riservata oggi alla discussione delle tesi di laurea. Questo ambiente, affrescato nel 1942 dal pittore futurista Achille Funi e arredato da Gio Ponti, conserva al suo interno una teca con i crani di sette professori che decisero di lasciare per testamento il loro corpo alla ricerca. Un passaggio collega infine questa sala con la Sala di giurisprudenza affrescata negli anni Quaranta da Gino Severini, che disegna in stile neocubista anche la decorazione delle imposte.