L'artista e collezionista bolognese Pelagio Palagi (1775-1860) acquista presso l'antiquario veneziano Antonio Sanquirico un gruppo di oggetti archeologici, tra i quali una preziosa testa in marmo dell'antica Grecia, che rappresenta a un primo esame un giovane, forse un atleta o il dio Apollo.

Solo alla fine del secolo l'archeologo tedesco Adolf Fürtwängler collegherà la Testa Palagi ad una statua acefala conservata nel museo di Dresda e proporrà di identificarla come copia dell'Atena Lemnia, eretta da Fidia sull'Acropoli ateniese nel V secolo a.C.

Dopo la donazione al Comune di Bologna delle collezioni Palagi, la testa diventerà uno dei pezzi simbolici e di maggiore interesse del nuovo museo archeologico.