El museo ocupa gran parte del convento dominico de San Marcos y conserva intacta su atmósfera. Fundado en 1436 y diseñado por el arquitecto Michelozzo, el convento desempeñó un papel importante en la vida religiosa y cultural de la ciudad, como demuestra la historia del fraile Girolamo Savonarola, que lo convirtió en su sede. La fama del museo se debe sobre todo a las pinturas de Beato Angelico, uno de los más grandes pintores del Renacimiento, quien decoró con frescos muchos de los espacios del convento. Entre sus principales obras se encuentran La Anunciación —una obra maestra de la pintura renacentista—, La Deposición, El Tríptico de San Pedro Mártir, El Retablo de Annalena, El Juicio Final, El Retablo de San Marcos, La Virgen con el Niño y El Tabernáculo de los Tejedores de Lino. También destaca la colección de obras del siglo XVI, que incluye pinturas de, entre otros, Fra Bartolomeo.