Il museo di Palazzo Castellani raccoglie preziosi strumenti scientifici in parte provenienti dalle collezioni mediecee, un tempo esposte al museo della Specola attiguamente a Palazzo Pitti, in parte dalle collezioni dell'Arcispedale di Santa Maria Nuova, in parte da altre fonti tramite acquisti e donazioni.

Gli oggetti e le strumentazioni esposte coprono un arco di tempo dal Rinascimento all'Ottocento, ed anche se inizialmente l'esposizione era una pura esposizione di cimeli (come i famosi cannocchiali di Galileo), dopo il riordino in seguito all'alluvione (1966) ed il rinnovamento del 1991, oggi ha assunto la fisionomia di vero istituto scientifico di ricerca per studiosi italiani e stranieri, arricchito anche da un'importante biblioteca.