La raccolta d'arte di Palazzo Nerucci è stata allestita nel 2005 ed era costituita inizialmente da un nucleo di nove opere lasciate nel 1883 dalla famiglia di Giuseppe Vegni all'ospedale di Castel del Piano. L'inaugurazione definitiva è avvenuta il 1º luglio 2006. La raccolta d'arte è stata arricchita dalle donazioni delle opere giovanili (1952-1978) del pittore Edo Cei e negli ultimi anni da alcune sculture dell'artista Piero Bonacina di Montegiovi.
La prima sala ospita il nucleo originario della raccolta, la collezione Vegni donata nel 1883 all'ospedale di Castel del Piano. Le opere della collezione denotano l'interesse di Giuseppe Vegni per il genere della veduta, del paesaggio, e proprio i paesaggi costituiscono il fulcro della sua raccolta: cinque delle opere sono infatti produzioni artistiche del XIX secolo che rappresentano scene di vita rurale, quotidiana, come ad esempio La lavandaia o Alla fonte, dipinti di un anonimo pittore italiano di scuola romana, oppure un Paesaggio del fiorentino Emilio Donnini. I pezzi più interessanti della collezione Vegni, tuttavia, sono due opere che si scostano dal tema naturalistico: sono il Ritratto di Cosimo III de' Medici, granduca di Toscana, un interessante ricamo su seta della seconda metà del XVIII secolo, opera che testimonia una finissima sapienza tecnica della tradizione del ricamo femminile, e soprattutto l'Autoritratto di Rosalba Carriera, importante ritrattista settecentesca, annoverata tra le maggiori esponenti del tema in quel periodo. Le due opere che completano la collezione sono uno stemma gentilizio (tempera su carta) del XIX secolo e una natura morta floreale, olio su tela, scoperta con il restauro del ricamo di Cosimo III.
Le restanti tre sale della pinacoteca sono tutte dedicate al pittore grossetano Edo Cei, il quale ha donato al Comune, alla fine del 2004, le proprie opere giovanili, che coprono un periodo di tempo che va dal 1952 al 1978. Molto legato a Castel del Piano, dove ha vissuto la propria giovinezza, Cei è stato autore di vignette, manifesti, caricature e dipinti che rappresentavano personaggi, eventi e luoghi del paese e del Monte Amiata.
Nell'ala ovest è ospitato l'Antiquarium , che raccoglie circa 120 pezzi che per tipologia e classe di appartenenza rientrano nei tipi noti nelle aree dell'Etruria meridionale, nelle zone del tufo, nell'area chiusina e della valle dell'Ombrone. La maggior parte dei pezzi è riferibile al III-I sec. a. C.
