Espone opere provenienti dalla Cattedrale e dalle chiese della città. Nella prima sala a piano terra sono raccolti vari frammenti lapidei scolpiti (XII e XIII secolo), e dieci rilievi in alabastro. La seconda sala, dedicata alla scultura gotica senese e pisana (XIII e XIV secolo), conserva la ricostruzione della loggetta di coronamento della facciata della Cattedrale, un crocifisso ligneo dipinto da Giovanni Pisano e un reliquario a forma di croce di Andrea Pisano e aiuti, sbalzato in argento. La terza sala è dedicata a Pietro e Ambrogio Lorenzetti con opere per lo più provenienti dalla Cattedrale. Una grande sala al primo piano è riservata al Quattrocento con affreschi staccati, resti di alcune pale di altare e opere pittoriche. Un'ultima sala espone oreficerie e paramenti sacri