In un locale della porta-torre meridionale, demolita già nel 1390 nel corso di episodi bellici che affrontavano i carraresi con la Repubblica di Venezia, era stato collocato nel 1344 il grande orologio meccanico astrale realizzato da Jacopo Dondi, capostipite della famiglia di medici e astronomi, professori dello Studio di Padova, che prese nome da questa ingegnosa e magnifica opera, una delle prime in Italia: i Dondi dell'Orologio (il figlio Giovanni è l'autore dell'astrario, una copia del quale è conservata nel palazzo del Bo). L'orologio meccanico di Jacopo si inserisce nell'ambito delle concezioni aristoteliche e del modello tolemaico geocentrico, ma rimanda anche alle teorie astrologiche di Pietro d'Abano, personaggio cardine di una tradizione scientifica che trova terreno fertile nello Studio di Padova, rappresentata da medici, filosofi, astronomi, e che resta vitale fino a Galileo e oltre.

Venezia, sottomessa la ricca signoria di Padova nel 1405, si dà subito da fare per cancellare quanto più possibile le tracce dei Carraresi, demolendo strutture, trasformando ambienti, cambiando i nomi, riappropriandosi degli spazi. Quel che resta della Reggia Carrarese dopo le prime affrettate demolizioni mantiene il ruolo di sede amministrativa e residenziale di una delle due cariche del governo della città: il Capitanio. Viene riorganizzato lo spazio libero davanti al palazzo del Capitanio, verso la chiesa di San Clemente, ampliato con la demolizione di pochi edifici. Già nel 1423 si passa alla sistemazione della ex torre carrarese che difendeva l'ingresso orientale alla reggia, dove verrà collocato un nuovo orologio meccanico copia di quello, distrutto, di Jacopo Dondi. Ristrutturazione della torre, installazione dell'orologio, decorazione pittorica e doratura del quadrante (Giorgio da Treviso) durano una dozzina di anni: il nuovo orologio che segna le ventiquattro ore, i giorni e i mesi, le fasi lunari, il moto dei pianeti e lo zodiaco, viene inaugurato nel 1437.
Il nuovo orologio, realizzato da un Mastro Novello, padovano, e dai vicentini Giovanni e Gian Pietro delle Caldiere, è copia fedele, nel meccanismo e nel funzionamento, di quello di Jacopo Dondi, come si deduce dalle descrizioni di storici e osservatori, e come confermerebbero i dati raccolti nell'ultimo restauro: la maggior parte dei segni zodiacali, in rame lavorato a sbalzo e rifinito a foglia d'oro, sarebbero gli originali trecenteschi recuperati dalla porta-torre meridionale.
Nel 1532 Giovanni Maria Falconetto riceve dalla Serenissima l'incarico di "ammodernare" la Torre dell'Orologio, in sintonia con i nuovi canoni estetici del Cinquecento, di impronta classica, e in risposta alle esigenze di rappresentanza che ha assunto quello spazio urbano. La piazza dei Signori, infatti, cambia volto nel giro di pochi decenni con la costruzione della Loggia del Consiglio, terminata nel 1536 (lo stesso Falconetto era stato incaricato nel 1530 di portare a termine alcune finiture dell'edificio a loggia del Consiglio pressoché ultimato e già in uso). La parte inferiore della torre assume l'aspetto di un arco di trionfo, sulla cui trabeazione si imposta un alto zoccolo, che accoglie il leone marciano, su cui poggia il quadrante dell'orologio, inquadrato da due paraste doriche ai lati e da una seconda trabeazione superiore che corona il tutto. Al di sopra dell'orologio con i segni zodiacali si eleva la parte terminale della torre: due piani finestrati (tra cui l'appartamento del custode), il tamburo ottagonale della cella campanaria e la cupola rivestita di lastre di piombo. Le archeggiature delle cornici dei piani riprendono, nella foggia e nella collocazione, quelle analoghe che cingevano la parte sommitale delle torri trecentesche. Della torre originaria carrarese resta ben poco di visibile, probabilmente qualche lacerto di affresco in uno dei locali interni. Orologio e torre hanno subìto nel tempo numerosi interventi di manutenzione e restauro (alcuni di questi sono ricordati nelle iscrizioni apposte attorno al quadrante), e di adeguamento a nuove conoscenze scientifiche o a esigenze pratiche, ma si sono mantenuti sostanzialmente integri.
Come è noto, e sotto gli occhi di tutti, tra i segni zodiacali manca la Bilancia, al suo posto ci sono le chele dello Scorpione. La spiegazione più utilizzata, forse perché suscita in chi l'ascolta un sorriso d'intesa e di soddisfazione, è quella secondo la quale l'artista non sarebbe stato pagato adeguatamente, come pattuito, e avrebbe quindi eliminato il segno della Bilancia, simbolo di giustizia o, secondo altri, segno zodiacale del committente, ponendovi le taglienti chele dello scorpione. Tale circostanza non pare suffragata da alcun documento storico. La Bilancia sarebbe invece stata tolta in occasione di una modifica al meccanismo dell'orologio da un intraprendente personaggio (l'abate Bartolomeo Toffoli di Calalzo), erroneamente convinto che l'astronomia egizia si basasse su undici simboli zodiacali.[1]
In astronomia sole, luna e tutti i pianeti del sistema solare si muovono all'interno di una fascia di cielo, lo Zodiaco che comprende dodici costellazioni [2] , raggruppamenti ideali di stelle che creano figure, di tradizione antichissima, nelle quali gli antichi greci riconobbero miti e divinità, tramandandone fino a noi le denominazioni. Essi non avevano individuato la Bilancia, una costellazione poco appariscente, che costituiva le chele dello Scorpione: infatti i corpi più brillanti della Bilancia hanno mantenuto la denominazione antica: chela nord e chela sud; inoltre le costellazioni dello zodiaco (dal greco: cerchio degli animali) portano il nome di miti legati tutti ad animali, tranne la Bilancia. Furono i romani a separare la Bilancia dallo Scorpione nel I sec. a.C., probabilmente rispolverando un mito sumero, precedente ai greci, che individuava in questa parte del cielo la bilancia del cielo. Raffigurazioni dei segni dello zodiaco che si basano su testi di astrologia degli antichi greci, riscoperti nel rinascimento e ancora in uso nel Cinquecento, non hanno la Bilancia.