La raccolta, nota come “Tesoro”, è conservata nel Salone gotico del Sacro Convento e comprende dipinti, oreficerie e manufatti tessili legati alla storia della Basilica di San Francesco, la cui progettazione risale sin dal 1228.
La pregevole collezione permette di ammirare opere d’oreficeria sacra europee e orientali come croci e reliquiari, due dossali arabi di seta rossa e gialla unici per grandezza e ricamatura, otto arazzi fiamminghi, il paliotto di Sisto IV, il messale parigino miniato di san Luigi IX con l’evangelario e l’epistolario, maioliche invetriate medievali, tavole istoriate datate dal XIII al XVI secolo e quattro sinopie di maestri romani e senesi del XIII e XIV secolo.
Dal 1986, il Museo del Tesoro si è arricchito di 57 tavole e un bassorilievo in marmo, donate dallo storico dell’arte, critico e collezionista statunitense Frederick Mason Perkins (1874–1955): la collezione, acquisita per lascito testamentario, comprende per lo più dipinti di scuola toscana e veneziana del XIV e del XV secolo.