Le musée occupe une grande partie du couvent dominicain de San Marco et en préserve intacte l’atmosphère. Fondé en 1436 et conçu par l’architecte Michelozzo, le couvent joua un rôle important dans la vie religieuse et culturelle de la ville, comme en témoigne l’histoire du frère Girolamo Savonarola, qui en fit son siège.

La renommée du musée est due surtout aux peintures de Beato Angelico, l’un des plus grands peintres de la Renaissance, qui a réalisé des fresques dans de nombreux espaces du couvent. Parmi ses principales œuvres figurent L’Annonciation — chef-d’œuvre de la peinture de la Renaissance — La Déposition, Le Triptyque de Saint Pierre Martyr, Le Retable d’Annalena, Le Jugement dernier, Le Retable de San Marco, La Vierge à l’Enfant et Le Tabernacle des Tisserands de lin.
Il faut également mentionner la collection d’œuvres du XVI^e siècle, comprenant notamment des peintures de Fra Bartolomeo.