Il Museo appartiene all'Opera del Duomo e conserva capolavori d'inestimabile valore: tavole e dipinti di Giovanni Pisano, Duccio di Buoninsegna, Pietro Lorenzetti, Jacopo della Quercia, Sano di Pietro e altri artisti di scuola locale. Una sezione è dedicata agli arredi e ai paramenti sacri, agli oggetti liturgici e ai reliquiari, tra cui si segnala il reliquiario della testa di San Galgano del XIII secolo. All'interno del Museo sono esposte le dieci statue, opera di Giovanni Pisano, che in origine decoravano la facciata del Duomo. Il capolavoro assoluti conservato nel Museo è la 'Maestà' di Duccio di Buonsegna, finalmente visibile nella sua interezza.