Zusätzlich zur Orgel von Lorenzo da Prato („vecchio organo“) baute Baldassare Malamini aus Cento im Sommer 1596 eine zweite Orgel („nuovo organo“) – ein Jahr nach dem ersten Druck einer zweichörigen Instrumentalkomposition, einer Canzona von Adriano Banchieri aus seinen Conerti ecclesiastici: in Bologna bot sich nun erstmals die Möglichkeit des Spiels mit zwei Orgeln.

Etwa 50 Jahre nach der Fertigstellung renovierte Antonio Dal Corno-Colonna 1641/42 die Malamini-Orgel, wobei er anstelle der Ottava einen zweiten Principal baut, der an der Rückseite des Instruments ins Seitenschiff zeigt; die Schnitzarbeiten für den Prospekt führte Francesco Fornasari aus. Dal Corno-Colonna konnte 1659 beide Orgeln in den letzten Bogen vor der Apsis versetzen – ihrem heutigen Standort, die Malamini-Orgel auf der Evangelienseite („in cornu Evangelii“, vom Kirchenschiff aus gesehen links). 1674/75 restauriert Giovanni Paolo Colonna beide Orgeln, wobei durch Giovanni Giacomo Monti neue barocke Gehäuse um die bestehenden Orgelgehäuse gebaut werden.

Im April 1691 erneuerte Francesco Traeri die Manualklaviatur sowie die Traktur. Die Erneuerung von Pedalklaviatur und -mechanik erfolgte drei Jahre später durch Traeri und seinen Bruder Domenico. 1708 setzte Francesco Traeri beide Orgeln um einen Halbton tiefer. Im 1763 erhielt die neue Orgel von Filippo Gatti eine neue Pedalklaviatur.

Eine größere Renovierung erfuhr die Malamini-Orgel 1811-13 durch Vincenzo Mazzetti (Bologna): er fügte vier Diskanttasten hinzu, erweiterte die große Oktave in Manual und Pedal um die vier fehlenden chromatischen Töne (für die fünf größten Pfeifen des Principale II fertigte er eine eigene Windlade), ergänzte die Voce umana und erneuerte die Registerschaltung in zwei Reihen mit zusätzlichem Tiratutti. 1834 erneuerte er außerdem die Pedalklaviatur.

1861 renovierte Alessio Verati die Balganlage und baute die Windlade nach seinen Vorstellungen um. Adriano Verati reinigte und reparierte beide Orgeln 1892/93, 1905 erneuerte er die Pedalklaviatur der neuen Orgel. Im Jahr 1913 reparierte Filippo Tronci die Orgel, 13 Jahre später (1926) baute sein Neffe Giuseppe ein radgetriebenes Gebläse ein. 1949 wurden beide Orgelgebläse durch die Firma Fratelli Ruffatti aus Padua elektrifiziert. Die Orgelbauwerkstatt Tamburini aus Crema führte 1954 weitere Arbeiten an den Orgeln aus.

In den 1970er Jahren begannen schließlich unter der Federführung von Luigi Ferdinando Tagliavini die ersten Überlegungen zur fachgerechten Restaurierung und Rückführung des einmaligen Orgelensembles in der Bologneser San-Petronio-Kathedrale. Im Herbst 1974 wurde zunächst die da-Prato-Orgel ausgebaut und sorgfältig restauriert; es folgte 1977 die Malamini-Orgel. Im Juli 1982 konnten beide von der Orgelbauwerkstatt Tamburini (Crema) sorgfältig restaurierten Instrumente feierlich eingeweiht werden.

Die Renaissance-Orgel von Malamini sollte im Gegensatz zur gotischen Orgel ihren gewachsenen Zustand behalten. Damit ist sie auch Abbild der sich kontinuierlich wandelnden Musikpraxis in San Petronio. So blieb auch die nachträglich hinzugefügte Voce umana erhalten. Mit ihrem Klaviaturumfang von C₁ bis c³ bietet die Orgel ein ungemeines Spektrum an Möglichkeiten auch des oktavversetzten Spiels. Das Instrument ist mitteltönig gestimmt und hat eine Stimmtonhöhe von a¹ = 466 Hz. Der Winddruck liegt bei 45 mmWS. Die Windladen sind, wie in allen italienischen Orgeln der Zeit, in einfachster Springladen-Bauweise gefertigt. Der Hauptteil des Pfeifenwerks ist aus Blei.

Rechts neben der Manualklaviatur befinden sich die Registerhebel in zwei Reihen; zum Einschalten müssen die Hebel nach unten geschoben und dann nach rechts eingehakt werden. Zum Schutz kann bei Nichtbenutzung ein Holzbrett vor die Hebel geklappt werden. Der große Tiratutti-Hebel befindet sich ganz links neben den Registerhebeln.