Nel museo sono conservati i resti di architetture romaniche, statue e decorazioni che erano un tempo sull’antica facciata della cattedrale, sul campanile e nel Battistero.
Traversato il vestibolo, si sale alla prima saletta ove sono conservati  stemmi e frammenti. Da qui si accede alla sala con le statue che si trovavano sulla facciata della cattedrale: notevoli il San Giovanni, di Donatello; il San Luca, di Nanni di Banco; il San Matteo, di Bernardo Ciuffigni.
Al piano superiore si arriva alla Sala delle Cantorie: a sinistra la cantoria di Luca con dieci altorilievi di fanciulli che cantano; di fronte, la cantoria di Donatello con putti alati che danzano.
Nella sale c’è il Mosè, il Geremia e l’Abacucco detto “lo Zuccone”, di Donatello, che si trovano prima nelle nicchie del campanile.

Usciti dal museo si può proseguire a destra per via Martelli.