Le musée occupe la partie monumentale du couvent dominicain de San Marco, chef-d'œuvre architectural de Michelozzo commandé par Cosimo dei Medici à partir de 1437. Il abrite la plus grande collection au monde d'œuvres de Beato Angelico, l'un des plus grands peintres du début de la Renaissance, qui a travaillé dans le couvent entre 1438 et 1445 ; il fut la demeure de Jérôme Savonarole qui y séjourna de 1489 et y devint prieur en 1491. Déclaré monument d'importance nationale en 1869, le couvent est devenu un musée et coexiste aujourd'hui avec l'église voisine de San Marco et les parties adjacentes au cloître de San Domenico encore réservées à la vie conventuelle. Le musée abrite aussi des œuvres de Ghirlandaio, Fra Bartolomeo, Paolo Uccello, Giovanni Antonio Sogliani et de la famille Della Robbia, ainsi qu'une exposition des vestiges architecturaux du centre de Florence et la Bibliothèque de Michelozzo.