Della chiesa e del convento di San Pancrazio si hanno notizie sin dal IX secolo fino al 1808, anno delle soppressioni napoleoniche, quando la struttura, una volta sconsacrata, cominciò ad essere utilizzata per usi civili.
Su incarico di Giovanni Rucellai, nel 1467 Leon Battista Alberti ultimò, all'interno della cappella di famiglia, la riproduzione del Santo Sepolcro di Gerusalemme, realizzando un prezioso gioiello di architettura rinascimentale in marmo bianco e verde in un elegante gioco di intarsio.  Il Sacello, di recente restauro, fa parte del percorso di visita del museo, che consente così di entrare nella parte di chiesa ancora consacrata.

Gli architetti che, negli anni 1982-'86, si occuparono di tradurre in forme moderne l'interno della chiesa, furono Lorenzo Papi e Bruno Sacchi. La ristrutturazione diede luce ad un equilibrato dialogo tra l'antica struttura e gli ampi e moderni spazi, con l'utilizzo di nuovi materiali in un sapiente alternarsi di piani che dinamizzano i vari percorsi di visita, permettendo anche una scenografica visione dall'alto.

Il pistoiese scultore, pittore e incisore Marino Marini (1901-1980), fra gli artisti italiani più conosciuti del Novecento in ambito internazionale, si formò all'Accademia di Belle Arti di Firenze con Galileo Chini, pittura, e Domenico Trentacoste, scultura.

Durante i suoi viaggi a Parigi, venne in contatto con gli autori del grande rinnovamento artistico che si stava via via sviluppando, che lo porteranno ad adottare nuovi linguaggi d'espressione. Il dopoguerra però, vedrà mutare il suo stile: la forma, sotto il peso di una forte tensione arriverà alla deformazione. Le sue opere si tradurranno così in echi di un'evocazione dolorosa.

Dal monumentale ingresso caratterizzato da due imponenti colonne e due leoni, nel museo fiorentino, inaugurato nel 1988, il grande Monumento Equestre in bronzo domina l'ampio spazio a piano terra. La collezione, donata alla città nel 1980, vanta oggi un'esposizione di quasi duecento opere tra sculture, gessi, dipinti, disegni e incisioni, realizzate tra il 1916 e il 1977, disposte secondo un criterio tematico.

Spazi aperti e grandi vetrate scenograficamente amplificano la luce esaltando, in modo naturale, le semplici forme delle opere osservabili da più punti di vista, concretizzando così la poetica dell'artista.
La cripta medievale, utilizzata per mostre temporanee e laboratori per bambini, risulta essere in linea con l'idea che Marino Marini aveva della sua arte, interpretata come mezzo di arricchimento culturale attraverso le più svariate occasioni di incontri.