Der Museumskomplex von Santa Maria Novella umfasst die Dominikanerkirche und die angrenzenden Kreuzgänge. Über eine prächtige, mit weißem und grünem Marmor geschmückte Fassade, deren oberer Teil 1470 nach einem Entwurf von Leon Battista Alberti fertiggestellt wurde, gelangt man in die Kirche. Die Basilika bewahrt noch viele ihrer ältesten dekorativen Elemente und beherbergt unzählige Meisterwerke, wie das große Kreuz von Giotto, die Heilige Dreifaltigkeit von Masaccio, die Gemälde in der Kapelle Strozzi di Mantova von Nardo und Andrea di Cione, genannt Orcagna, Christi Geburt von Sandro Botticelli, die Tornabuoni-Kapelle mit Fresken von Domenico Ghirlandaio und seiner Werkstatt, die Strozzi-Kapelle von Filippino Lippi und den Gemäldezyklus aus dem 16. Jahrhundert an den Altären. Zum Museum hingegen gehören die ersten beiden Kreuzgänge des alten Klosters. Der berühmteste ist der Chiostro Verde (Grüner Kreuzgang), den Paolo Uccello und andere Meister mit Szenen der Schöpfungsgeschichte ausmalte, von dem aus man zum Cappellone degli Spagnoli (Spanische Kapelle) mit seinen Fresken von Andrea di Bonaiuto gelangt. Die Cappella degli Ubriachi und das ehemalige Refektorium beherbergen eine Dauerausstellung von Goldschmiedearbeiten, Kirchengeräten und liturgischen Gewändern, die Teil des alten Kirchenschatzes darstellen, sowie eine Reihe von Gemälden.