Il museo ha una piccola ma significativa collezione di dipinti dei secoli XV-XVII, tra i quali spicca l'Annunciazione di San Giovanni Valdarno di Beato Angelico, dipinta verso il 1432 e già nel convento di Montecarlo.

Altre opere sono la Trinità e quattro santi di Mariotto di Nardo, il Cristus patiens e la Madonna col Bambino e santi di Mariotto di Cristofano, una pala di Giovanni di ser Giovanni, l'Arcangelo Raffaele e Tobiolo di Giovanni da Piamonte, l'Annunciazione di Jacopo del Sellaio e un'opera di Domenico di Michelino.

Tra le opere del primo Seicento spicca la Decollazione di san Giovanni Battista di Giovanni da San Giovanni, del 1620. Il bancone da sagrestia dorato ospita un busto di San Lorenzo ligneo attribuito a Nanni di Bartolo (XV secolo).