La statua fu promossa dal Cardinale Legato di Bologna Carlo Borromeo, il quale volle risistemare l'area di Piazza Maggiore, con l'aiuto del vescovo Pier Donato Cesi.

Essa avrebbe voluto simboleggiare il felice governo del neo eletto papa, e zio materno di Borromeo, Pio IV.

L'opera fu progettata dall'architetto e pittore palermitano Tommaso Laureti nel 1563 e venne sormontata dalla imponente statua in bronzo del dio Nettuno dello scultore fiammingo manierista Jean de Boulogne da Douai, detto il Giambologna, desideroso di rifarsi dopo la sconfitta al concorso per la Fontana del Nettuno di Piazza della Signoria a Firenze.

Per la costruzione della fontana (terminata nel 1565) fu abbattuto un intero isolato e la spesa fu ripartita tra le case e le botteghe adiacenti.

L'alimentazione idrica della fontana avvenne con la costruzione dell'opera di captazione dei bagni di Mario (cisterna sotterranea con decori rinascimentali, oggi assai deteriorati) e potenziata ristrutturando l'antica fonte Remonda (che è ancora funzionante e si trova sotto il convento di San Michele in Bosco) e convogliando le sue acque verso la piazza.  

• Il logo della Maserati è ispirato al tridente della statua del Nettuno.

• Si narra che il Giambologna volesse realizzare il Nettuno con i genitali più grandi ma la chiesa glielo proibì. Lo scultore però non si arrese, infatti disegnò la statua in maniera che da una particolare angolazione il pollice della mano sinistra tesa del Nettuno sembra spuntare direttamente dal basso ventre, in maniera simile ad un pene eretto. All'epoca le donne di Bologna alla vista del Nettuno si turbavano, così che la chiesa dovette mettere dei pantaloni di bronzo alla statua. Tutta la fontana ha comunque una forte valenza erotica, per esempio le ninfe di contorno spruzzano acqua dalle mammelle.

• La leggenda narra che prima di un importante esame lo studente che voglia avere la fortuna dalla sua parte debba girare due volte in senso antiorario attorno alla fontana, così come due volte il Giambologna girò attorno al piedistallo riflettendo sul progetto di realizzazione del Nettuno, dando così inizio alla sua fortuna e al suo riscatto dalla "sconfitta fiorentina".