L'ingresso sul lato ovest del palazzo si apre in asse con il portale della loggia di Davide oltre il cortile d'onore ed è ispirato architettonicamente all'atrium della domus romana descritta da Vitruvio, secondo i trattatisti del XVI secolo.
L';ambiente, di forma rettangolare, è tripartito: al centro uno spazio voltato a botte con lacunari ottagonali e delimitato da quattro colonne (due per lato) che reggono la volta; i vani laterali presentano una copertura piana. Le colonne di pietra, con base e capitello rifiniti, hanno il fusto sbozzato a imitazione delle lavorazioni provvisorie della pietra nella cava. Questa conformazione irregolare della superficie è richiamata dal bugnato rustico, ottenuto con intonaco e stucco, presente in tutto il palazzo. Nell'atrio stesso tale tecnica viene utilizzata per le lesene che scandiscono le pareti. Interessante è il gioco che Giulio Romano crea tra vera e finta pietra, gioco che fa da specchio al rimando tra natura e artificio costantemente presente nella decorazione del palazzo.
Le lesene rustiche scandiscono quindi le pareti dell'atrio e sono alternate a nicchie. Nella parte inferiore corre un gradino rivestito di lastre di pietra che lo trasformano in sedile.
Alla destra dell'atrio si aprono due ambienti che nel Cinquecento venivano chiamati "tinello pubblico" e "tinello privato per li ufficiali", locali adibiti a sale da pranzo per il personale al servizio del principe e oggi utilizzate per esposizioni.