O Museu de São Francisco, instalado na igreja com o mesmo nome, reúne pinturas, esculturas e objetos litúrgicos, apresentando uma síntese dos testemunhos históricos e artísticos produzidos pelo cristianismo local ao longo dos anos. O museu alberga muitas pinturas, entre as quais se destacam, de Giorgio Picchi, "Martírio de Santa Catarina" de 1582/84 e "Circuncisão de Jesus" de 1586, com evidente influência de Federico Barocci. De Domenico Rosselli e Francesco di Giorgio Martini são os dois círculos que representam Ottaviano Ubaldini della Carda e Federico da Montefeltro, e provêm do pórtico que ficava encostado à igreja. A sala do museu Vero Baldeschi, que abrigava as celas dos frades, tem o nome de um dos mais ativos promotores do património cultural da cidade. Destaca-se também o vitral de São Francisco, uma obra do século XIV e o único original sobrevivente da igreja. Estas são apenas algumas das obras preservadas no Museu de São Francisco, mas há também uma secção arqueológica com uma coleção de cerâmicas e terracotas etruscas e de outros povos itálicos.