Das Museum nimmt einen großen Teil des Dominikanerkonvents San Marco ein und bewahrt seine ursprüngliche Atmosphäre vollständig. Der Konvent wurde 1436 gegründet und vom Architekten Michelozzo entworfen. Er spielte eine bedeutende Rolle im religiösen und kulturellen Leben der Stadt, wie die Geschichte des Fra Girolamo Savonarola zeigt, der hier seinen Sitz hatte. Der Ruf des Museums ist vor allem den Gemälden von Beato Angelico zu verdanken, einem der bedeutendsten Maler der Renaissance, der viele Räume des Konvents ausmalte. Zu seinen Hauptwerken gehören Die Verkündigung — ein Meisterwerk der Renaissance-Malerei —, Die Kreuzabnahme, Der Triptychon des hl. Petrus Martyr, Der Annalena-Altar, Das Jüngste Gericht, Der San-Marco-Altar, Madonna mit Kind und Das Tabernakel der Leinenweber. Bemerkenswert ist auch die Sammlung von Werken des 16. Jahrhunderts, darunter Gemälde von Fra Bartolomeo.