Les sous-sols de l’hôtel Fontfreyde ont fait l’objet de relevés précis en 2001. Les archéologues ont démontré qu’un hôtel, issu de la réunion de plusieurs bâtiments, existait dès la fin du Moyen Âge. Les pièces sont organisées autour d’une petite cour intérieure pavée avec caniveaux, puits et départs d’escaliers. L’important matériel archéologique retrouvé témoigne d’une activité de boissellerie.

Reconstruite, la demeure est, au début du XVIe siècle, la propriété de la famille Coustave. Gabriel de Fontfreyde et sa femme Gabrielle Gayte la possède et la transforme avant 1578. Son fils Jean, marié à Marie Cistel, ajoute un escalier en vis entre 1578 et 1588. Des Fontfreyde, l’hôtel passe aux Dumas de Chalendrat.
La façade sur la rue des Gras a été modifiée lors d’une opération d’alignement au XVIIIe siècle. Dans la seconde moitié du XIXe siècle, une construction anachronique est ajoutée à l’étage de la galerie donnant sur la petite rue Saint-Pierre.

La Ville de Clermont-Ferrand achète le bâtiment en avril 1912 et, le 23 mai de la même année, il est classé monument historique.
D’abord envisagé en 1914, mais repoussés à cause de la guerre, des travaux de restaurations extérieures et intérieures sont entrepris à partir de 1920. L’architecte en chef des monuments historiques, Gabriel Ruprich-Robert (1859-1953) dessinent des plans que le clermontois Louis Jarrier se charge de faire exécuter. Toutes les menuiseries qui fermaient l’escalier en vis sont ôtées. La construction anachronique donnant sur la petite rue Saint-Pierre est habillée en pierre de Volvic et de nouvelles ouvertures sont pratiquées. Les meneaux sont remis aux différentes fenêtres. La galerie du premier étage reçoit des vitraux exécutés par le maître-verrier clermontois Adrien Baratte (1868-1940). Ils retracent l’historique de l’hôtel grâce aux différents blasons peints. Outre ceux des Gayte, des Fontfreyde, des Cistel et des Dumas de Chalendrat, se trouvent également les armes de Clermont, de Montferrand, de la comté d’Auvergne et de Catherine de Médicis, comtesse d’Auvergne.

Enfin, en 1934, suite à la construction du marché Saint-Pierre, la façade nord fut alignée sur les autres édifices la côtoyant. Seule la baie centrale est du XVIe siècle, les deux autres sont des copies à l’identique.
Le plan de l’édifice reprend le modèle médiéval de corps de logis sur rue et de galeries sur cour. La façade sur la rue des Gras présente, au premier niveau, un arc en anse de panier, l’ancienne boutique, comme le rappellent les vitraux reprenant les différents corps de métiers. Gabriel de Fontfreyde avait fait sculpter à la clef de l’arc ses armes : de gueules à trois troncs écotés d’or, surmontées d’un chef d’argent à la hure de sanglier de sable pour sa femme, Gabrielle Gayte. Cette première ouverture est accostée d’un second arc, en plein cintre, qui donnait accès à la cour et aux logis. Les galeries et la façade sur cour présentent un habillage dans l’esprit de la seconde Renaissance, avec ses ordres antiques superposés (dorique, ionique, corinthien).

Il est à noter que les sous-sols de l’hôtel Fontfreyde ont fait l’objet de relevés précis en 2001. Ils sont composés de plusieurs pièces voûtés d’arêtes, organisées autour d’une petite cour intérieure pavée avec caniveaux, puits et départs d’escaliers. Les caves sont donc l’ancien niveau de rez-de-chaussée, peut-être légèrement enterré. Le rue des Gras a donc ici été exhaussée de quatre mètres en trois siècles. Et le niveau gallo-romain se trouve encore 80 centimètres au-dessous. À la fin du XVIe siècle, la cour initiale est couverte d’une voûte sur laquelle repose l’actuelle cour de l’hôtel.

En 1921, la municipalité avait créé un embryon de musée avec l’aide de l’association « Ancienne Auvergne », fondée par Henri du Ranquet, sous la dénomination de : « Musée d’histoire et d’art local de Clermont-Ferrand ».
Durant la Seconde Guerre Mondiale, les collections sont mises en caisses puis envoyées au château de Cordes, situé dans la commune d’Orcival, pour assurer leur protection.

Jusqu’en 1998 ; l’hôtel Fontfreyde (appelé Musée du Ranquet) a assuré des fonctions muséales. Il est aujourd’hui un centre dédié à la photographie.