La collezione della Pinacoteca, così come si è configurata a partire dal 1862, conserva affreschi della seconda metà del XIII e prima metà del XIV secolo (Maestro di Sant’Agostino, Maestro di Sant’Emiliano), dipinti di Scuola fabrianese del XIV e XV secolo (Allegretto Nuzi, Maestro di Staffolo, Antonio da Fabriano), dipinti di Scuola umbra dal XIII al XVI secolo (Rainaldetto di Ranuccio da Spoleto, Ottaviano Nelli, Maestro di Fossato, Bernardino di Mariotto) ed opere di artisti toscani dal XIV al XVII secolo (Puccio Di Simone, Bicci Di Lorenzo, Neri Di Bicci, Andrea Boscoli). Si possono ammirare opere di Simone De Magistris e del caravaggesco Orazio Gentileschi, del XVI e XVII secolo.

Una sala ospita gli arazzi di manifattura fiamminga del XVI e XVII secolo, donati dal capitolo della Cattedrale, proponendo la serie degli Atti degli Apostoli, le Gesta di Alessandro Magno e Scene di Caccia. Nell’iconografia dell’arazzo raffigurante il Martirio di Santo Stefano si trovano rispondenze con la seconda serie di arazzi del Vaticano, i cui cartoni furono realizzati da Raffaello.