Il Granduca Pietro Leopoldo di Lorena nel 1788 espresse l'intento di creare una scuola del gusto per i futuri artisti, che sfociò nella creazione nel 1858 di una prima collezione ospitata inizialmente nel vicino palazzo comunale.
Aperto nel 1912 nelle stanze di palazzo Pretorio, il Museo
rimase chiuso per restauri dal marzo 1998 al 2013, periodo nel quale parte delle opere sono state esposte nei locali del Museo di Pittura Murale, sito nei locali attigui alla chiesa di San Domenico.
Con l'inaugurazione della grande mostra Da Donatello a Lippi. Officina Pratese il museo riapre al pubblico nel settembre 2013.
La Collezione raccoglie molte opere d'arte che spaziano dal Medioevo all'Ottocento distribuite sui tre piani del palazzo.
Al primo piano Fra queste sono alcuni polittici (fra cui quello del Duomo, di Bernardo Daddi) con le Storie della Cintola, di Giovanni da Milano e Lorenzo Monaco, diverse opere di Filippo e Filippino Lippi. Di quest'ultimo è conservato anche il famoso affresco del Tabernacolo del Canto al Mercatale, che si trovava addossato alla casa natale del pittore: gravemente danneggiato durante un bombardamento nel 1944, fu recuperato e incredibilmente restaurato da Leonetto Tintori.
Sono presenti inoltre una maiolica policroma dello scultore fiorentino Benedetto Buglioni ed opere di Andrea della Robbia e Benedetto da Maiano e opere di Luca Signorelli e della bottega di Botticelli.
Al secondo piano sono presenti grandi pale di artisti toscani del XVI secolo e del XVII secolo. Si inizia con il Manierismo con le pale di Paolo degli Organi (La Circoncisione di Gesù), di Giovan Battista Naldini e Giovanni Balducci (Matrimonio mistico di Santa Caterina) e di Francesco Morandini detto il Poppi e il suo Tobiolo e l'angelo. Nello stesso contesto culturale grande importanza ha il piccolo nucleo di tre dipinti provenienti dalla Cappella del Palagio degli Spini a Peretola e donati al museo nel 2011 dalla contessa Angela Riblet Bargagli Petrucci. Si tratta dei due capolavori di Alessandro Allori, il Miracolo del grano con San Giovanni Gualberto e il Miracolo della fonte con San Filippo Benizi ed il terzo capolavoro, la Moltiplicazione dei pani e dei pesci di Santi di Tito.
Appartenenti al barocco sono presenti opere di scuola romana, napoletana (come uno splendido Noli me tangere di Battistello Caracciolo), varie nature morte del Settecento, e un'interessante Annunciazione di Gian Domenico Ferretti.
Madonna col Bambino tra i Santi Caterina d'Alessandria, Bernardo, Bartolomeo e Barnaba, tempera su tavola, 245 x 210cm
Storie della Sacra Cintola, tempera su tavola, 26,5 x 22,3cm (ciascuna)
Pietro di Miniato
Incoronazione della Vergine tra i Santi Matteo e Mattia, (doc. 1413), tempera su tavola, 139 x 66,5 (centrale); 35 x 118cm (predella superiore; 28 x 201 (predella inferiore)
Madonna col Bambino in trono e due angeli oranti fra i Santi Caterina d'Alessandria, Benedetto, Giovanni Gualberto e Agata, [1413], tempera su tavola 111 x 69cm (centrale); 139 x 63cm (ciascun laterale)
La mostra curata da Andrea De Marchi e da Cristina Gnoni Mavarelli, con la collaborazione dei più importanti storici dell'arte e curatori di musei internazionali, presenta per la prima volta capolavori creati da Filippo Lippi ed altri artisti dell'epoca intorno alla città di Prato e dispersi nei musei di tutto il mondo.
Legati da una cintola. L’Assunta di Bernardo Daddi e l’identità di una città