Michelangelo Buonarroti der Jüngere, Großneffe von Michelangelo, verlieh der Casa Buonarroti in der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts das Erscheinungsbild eines Palazzo, den das Gebäude heute noch bewahrt. Er beauftragte die damals bedeutendsten Maler von Florenz (von Pietro da Cortona bis Artemisia Gentileschi, von Jacopo Vignali bis Cecco Bravo, von Cristofano Allori bis Passignano, um nur die bekanntesten zu nennen) mit der Ausschmückung von vier Sälen, welche den Ruhm des großen Vorfahren und der Familie zelebrieren und noch immer Teil des Museumsrundgangs sind. Der letzte direkte Nachkomme hinterließ Casa Buonarroti der Stadt, die das Haus 1859 für die Öffentlichkeit zugänglich machte. Das wertvolle Archiv und die Bibliothek stehen Wissenschaftlern zur Verfügung. Das Museum zeigt die beiden Meisterwerke aus der Jugend Michelangelos – die Madonna auf der Treppe sowie die Zentaurenschlacht –, die Skizzensammlung, das Modell für die Fassade von San Lorenzo und, abwechselnd in einem speziell ausgestatteten Raum, in kleinen Gruppen die reichhaltigste Sammlung weltweit an Originalzeichnungen von Michelangelo, die sich im Besitz der Casa Buonarrotti befinden. Der Besuch des Museums umfasst auch die Kunstsammlung der Familie, die sich von bedeutenden römischen und etruskischen archäologischen Funden über wichtige Beispiele der Frührenaissance und Werke aus der Barockzeit bis hin zu Zeugnissen der florentinischen Bildhauerei der Mitte des 19. Jahrhunderts erstreckt.