Музей произведений Дуомо, учрежденный в 1869 году, находится на площади Дуомо справа от собора и занимает несколько помещений, построенных в первых трех пролетах правого нефа так называемого «нового Дуомо», строительство которого было начато в 1339 году и прервано из-за эпидемии чумы в 1348 году.
Как следует из названия, в музее хранятся произведения, происходящие из Дуомо. Здесь представлено богатейшее собрание мраморной скульптуры работы Джованни Пизано (1285-1297): статуи сивилл, пророков и античных философов были сняты с фасада собора. В музей перенесены скульптуры Донателло («Мадонна дель Пердоно»), Якопо делла Кверча, Джованни Дюпре, Франческо ди Вальдамбрино и Франческо ди Джорджо Мартини.
Внутри музея находится церковь святого Николая, редкий для Сиены пример позднебарочного искусства. В главном алтаре помещена «Мадонна с младенцем и святыми Лаврентием, Григорием, Николаем и Агнессой» Франческо Ванни. Алтари нефа украшают работы Рутилио Манетти, Рафаэлло Ванни и Астольфо Петрацци. Богатая лепнина была выполнена Людовико Кьяппини, а потолочные картины – художником Джамбаттиста Джустаммиани, который работал в Сиене в 1608-1643 годах.
Из музея произведений Дуомо можно выйти на верхнюю часть недостроенного фасада «нового Дуомо», откуда открывается потрясающий вид на город и окрестности.