La loggia superiore, quasi interamente dedicata all'esposizione della quadreria, ospita alcune delle opere più significative e di maggior pregio della Repubblica. Fra queste meritano una particolare attenzione due ancone opera di Girolamo Marchesi da Cotignola, raffiguranti l'una la Concezione con i santi Agostino e Anselmo (1512), l'altra la Vergine in trono e i santi (1540).

Di pregevole fattura è anche la grande tavola quattrocentesca raffigurante Sant'Antonio Abate fra i santi Antonio da Padova e Agata eseguito alla maniera perugina dal pittore urbinate Timoteo Viti, maestro di Raffaello. L'ancona, che un tempo ornava uno degli altari della chiesa conventuale, offre una delle immagini più antiche della Santa che verrà elevata al rango di compatrona della Repubblica nel 1740.

Fra i preziosi accessori liturgici esposti meritano una particolare attenzione un Turibolo e navicella in argento bulinato e cesellato, databili agli inizi del XVI secolo. La fattura di questi preziosi accessori liturgici è attribuita al famoso orafo sammarinese Antonio Fabbri (1450-1529). Notevole fra i dipinti della raccolta l'affresco quattrocentesco raffigurante l'Adorazione dei Magi attribuito ad Antonio Alberti da Ferrara.

Il Museo Pinacoteca San Francesco ospita in 2 sale al primo piano, le opere donate dall’artista Emilio Ambron (Roma 1905 - Firenze 1996). La raccolta dedicata all’artista si compone di sculture e dipinti della prima metà del '900.