L’edificio si era reso necessario perché le costruzioni presenti a Boboli fino alla metà del XVIII secolo come ricovero invernale per gli alberi da vaso dei vari agrumi, risultavano ormai insufficienti a contenere in modo adeguato quella che era diventata una delle più grandi collezioni citrografiche europee. Per la nuova limonaia fu scelto il luogo dove Cosimo III, nel 1677, aveva fatto costruire il Serraglio nel quale si custodivano animali esotici delle specie più disparate. In epoca lorenese, tuttavia, il Serraglio era in pieno decadimento, tanto che il Granduca ne decise lo smantellamento dopo aver fatto trasferire la maggior parte degli animali alla menagerie del Belvedere di Vienna.
La Limonaia, a pianta leggermente trapezoidale, si sviluppa con una lunghezza di circa 106 m. per una profondità di circa 8 m. Presenta una facciata costituita dalla ripetizione regolare di quattro campate inserite in una intelaiatura di lesene e trabeazioni astratte, imbiancate a calce, che articolano specchiature dal caratteristico verde salvia leopoldino. La successione delle finestre è interrotta da tre portali di uguali dimensioni coronati da festoni che spiccano nella disadorna impaginazione già neoclassica.
Davanti all’edificio si apre un giardino anch’esso disegnato da Zanobi del Rosso con quattro grandi parterre composti da due comparti centrali, di forma trapezoidale, e due laterali, di forma quadrata. Nella stagione più mite è possibile ammirare nelle aiuole centrali spettacolari fioriture di rose e peonie, contornate dalle piante di agrumi in vaso protette in Limonaia nel periodo invernale, e da bulbose e piante stagionali, alcune rare, che ogni anno variano grazie alla cura e alle attenzioni dei giardinieri. Il lavoro di questi ultimi è teso a preservare l’esistente e a inventariare la collezione con acquisizioni dalle altre ville medicee, fondazioni private e vivai; particolare attenzione si pone alla ricerca di varietà descritte dagli antichi citrografi e di quelle citate negli cataloghi ottocenteschi del Giardino.

Anche la sua coltivazione in vasi di terracotta dell’Impruneta, spesso di grandi dimensioni e ornati di fregi o stemmi di epoca granducale, alcuni dei quali risalenti al XVII e XVIII secolo, rende questa collezione una raccolta di veri pezzi unici.
Le piante, ricoverate nella Limonaia durante i mesi invernali, sono destinate da maggio a ottobre al bacino dell’Isola, al giardino prospiciente la Limonaia stessa e al Giardino Botanico Inferiore.

LA VARIETÀ DI AGRUMI
LIMONI
1. Citrus limon ‘frutto piccolo’ (limone a frutto piccolo)
2. Citrus limon ‘Amalphitanum’ (limone sfusato amalfitano)
3. Citrus limon ‘Canaliculata’ (limone incannellato o scannellato)
4. Citrus limon ‘Peretta’ (limone a pera)
5. Citrus limon ‘Salicifolia’ (limone a foglia di salice)
6. Citrus limon ‘Foliis variegatis’ (limone a foglia variegata gialla)
7. Citrus limon ‘Foliis variegatis sanguineum’ (limone a foglia variegata a polpa rossa)
IBRIDI DI LIMONE
8. Citrus meyerii (limone Meyer)
9. Citrus volkameriana (limone volkameriano)
10. Citrus otaitensis (arancio d’otaiti)
11. Citrus monstruosa (cosiddetta ‘pompìa’; ancora in corso di classificazione)
LIMONI CEDRATI
12. Citrus limonimedica ‘Rubra’ (limone cedrato rosso)
13. Citrus limoni medica ‘Rugoso’ (limone cedrato rugoso)
CEDRI
14. Citrus medica (cedro ordinario)
15. Citrus medica ‘Diamante’ (cedro di diamante o cedro liscio)
16. Citrus medica ‘Digitata’ (cedro digitato o mano di Buddha)
17. Citrus medica ‘Maxima’ (cedro gigante o cedro a frutto grosso)
18. Citrus medica ‘Aurantiata’ (cedro della Cina o cedro aranciato pomo d’Adamo cedrato)
19. Citrus medica ‘Florentina’ (cedro di Firenze)
20. Citrus medica ‘Piretto’ (cedro piretto o cedro pane)
PUMMELI
21. Citrus grandis (pummelo o Schaddock)
22. Citrus grandis X Citrus Paradisi ‘Piriforme’ (pummelo o Schaddock piriforme)
POMPELMI
23. Citrus paradisi (pompelmo giallo)
24. Citrus paradisi (pompelmo rosa)
ARANCI AMARI
25. Citrus aurantium (arancio amaro, forte o melangolo)
26. Citrus aurantium ‘a frutto liscio’ (arancio amaro a frutto liscio)
27. Citrus aurantium ‘Bizzarria’ (arancio bizzarria)
28. Citrus aurantium ‘Corniculata’ (arancio amaro cornuto)
29. Citrus aurantium ‘Canaliculata’ (arancio amaro a frutto incannellato o scannellato)
30. Citrus aurantium ‘Crispifolia’ (arancio amaro a foglia riccia)
31. Citrus aurantium ‘Turcicum salicifolia’ (arancio amaro turco a foglia di salice variegato)
32. Citrus aurantium ‘Virgatum’ (arancio amaro ‘mutanda di Lanzichenecco’)
ARANCI DOLCI
33. Citrus sinensis ‘Sanguinello’ (arancio dolce sanguinello)
34. Citrus sinensis ‘Tarocco Messina’ (arancio dolce tarocco Messina)
35. Citrus sinensis ‘Tarocco Rosso’ (arancio dolce tarocco rosso)
36. Citrus sinensis ‘Moro nucellare’ (arancio dolce moro nucellare)
37. Citrus sinensis ‘Oblungus’ (arancio dolce dal frutto oblungo)
BERGAMOTTI
38. Citrus bergamia (bergamotto)
CHINOTTI
39. Citrus myrtifolia (chinotto)
MANDARINI
40. Citrus deliciosa (mandarino comune o Avana)
MANDARINI SATZUMA
41. Citrus unshiu (mandarino satzuma)
CLEMENTINI
42. Citrus clementina ‘Rubino’ (clementino rubino)
CALAMONDINI
43. Citrus mitis (cala mondino)
LIMETTE
44. Citrus aurantifolia ‘Messicana’ (limetta acida messicana, mexican lime o west indian lime)
45. Citrus limonia (limetta di Rang-Pur)
IBRIDI DI LIMETTE
46. Citrus limetta ‘Pursha’ (lima dolce di Roma o Pursha)
PAPEDE
47. Citrus Histrix (papeda di Maurizio)
FORTUNELLA
48. Fortunella margarita (fortunella ovale o kumquat ovale, mandarino cinese o Nagami)
PONCIRUS
49. Poncirus trifoliata (ponciro o arancio trifogliato)
MICROCITRUS
50. Microcitrus australis (limetta rotonda australiana)
LUMIA
51. Citrus lumia ‘Pomum Adami’ (pomo d’Adamo)
IBRIDI MANDARINI PER POMPELMO
52. Citrus deliciosa X Citrus paradisi (tangelo-mapo; mandarino x pompelmo)
DA SEGNALARE ALL’INTERNO DELLA LIMONAIA
1) Citrus medica ‘Maxima’ (cedro gigante o cedro a frutto grosso)
2) Citrus ‘bergamia’ (bergamotto)
3) Citrus aurantium ‘Crispifolia’ (arancio amaro a foglia riccia)
4) Citrus limetta ‘Pursha’ (lima dolce di Roma o Pursha)
5) Citrus limon ‘Peretta’ (limone a pera)
6) Citrus limon ‘frutto piccolo’ (limone a frutto piccolo)
7) Citrus limonimedica ‘Rugoso’ (limone cedrato rugoso)
8) Citrus grandis (pummelo o Schaddock)
9) Citrus medica ‘Aurantiata’ (cedro della Cina o pomo d’Adamo)
10) Citrus mitis (calamondino)
11) Citrus limon ‘Canaliculata’ (limone incannellato o scannellato)
12) Citrus aurantium ‘Bizzarria’ (arancio bizzarria)
13) Citrus otaitensis (arancio d’otaiti)
14) Citrus medica ‘Florentina’ (cedro di Firenze)
15) Citrus aurantium ‘Canaliculata’ (arancio amaro incannellato)
16) Citrus unshiu (mandarino satzuma)
17) Citrus limon ‘amalphitanum’ (limone sfusato di Amalfi)
18) Citrus aurantium (arancio amaro, forte o melangolo)
19) Citrus medica ‘Digitata’ (cedro digitato o mano di Buddha)