Una prima sezione archeologica indaga le testimonianze più antiche della zona, in particolare i reperti etruschi rinvenuti negli scavi del vicino Poggio alla Civitella. La raccolta medievale e moderna costituisce invece un percorso eccezionale  attraverso la produzione artistica locale, dal Medioevo fino al Novecento storico. Tra le opere spiccano numerose sculture lignee dipinte legate alle diverse necessità liturgiche e realizzate dai maggiori artisti del tempo, come Francesco di Valdambrino. Oltre ad altri capolavori, come il Crocifisso del Giambologna, sono poi da segnalare alcuni significativi reperti di ceramica medievale, tessuti, oreficeria e miniatura (fra i quali spicca la Bibbia Atlantica proveniente dall’abbazia di Sant’Antimo).