La rivalità con Firenze fu inevitabile, e dopo la sconfitta dei ghibellini toscani ad opera di Carlo d’Angiò per quasi un secolo Siena fu obbligata ad attenersi alla politica di Firenze negli affari internazionali, diventando membro della Lega Guelfa Toscana (che sosteneva il papato). Durante questo periodo Siena raggiunse il massimo del suo splendore sotto il governo repubblicano del Consiglio dei Nove, autorità esecutiva eletta e dominata dalla classe mercantile allora emergente: a questo periodo risalgono molti degli edifici in stile gotico senese.
Il cuore della città è la magnifica Piazza del Campo, a forma di conchiglia, che sorge sull’area dell’antico foro romano di cui conserva l’impronta strutturale del teatro. Nella parte superiore della piazza si trova la Fonte Gaia e di fronte, nel punto più basso, fa da sfondo il Palazzo Pubblico, uno degli edifici gotici più leggiadri d’Italia, con la sua torre campanaria alta 102 m, la Torre del Mangia. All’interno del palazzo comunale c’è il Museo Civico, dove è possibile ammirare una delle opere più importanti della scuola senese, la Maestà di Simone Martini, e la serie di affreschi di Ambrogio Lorenzetti che raffigurano gli Effetti del Buon e del Cattivo Governo, allegorie tra le più significative giunte fino a noi dall’epoca medievale. 
Per un excursus nei capolavori gotici della scuola senese, non si deve perdere la Pinacoteca Nazionale, una galleria d’arte ospitata nel quattrocentesco Palazzo Buonsignori, dove è custodita la più vasta raccolta di arte senese della città. Un altro importante centro d’arte è il complesso museale di Santa Maria della Scala: fino a pochi anni fa ancora ospedale attivo con quasi un millennio di storia alle spalle, ora ospita la straordinaria serie di affreschi di Domenico di Bartolo in quello che un tempo era il principale reparto di degenza. 
Il Palazzo Pubblico, del cui progetto iniziale non si conosce l’autore, ha subito varie fasi costruttive: già dal 1304 la parte prospiciente il Campo era probabilmente già realizzata, poi si procedette a un "ampliamento" consistente nella sezione centrale che ospita la Loggia dei Nove, la Sala del Consiglio, gli Uffici della Biccherna; le maggiori modifiche successive furono quelle di Carlo Fontana alla fine del XVII secolo, riguardanti le sopraelevazioni delle due ali laterali, e quelle di fine Ottocento di ripristino della facciata in senso neogotico. Con l’istituzione del Museo Civico, negli anni ’30 di questo secolo, il Palazzo ha raggiunto l'assetto che ancora oggi conserva. Possiede un patrimonio storico-artistico di straordinario valore dovuto a opere come la Maestà di Simone Martini, il Buono e Cattivo Governo di Ambrogio Lorenzetti, oltre a dipinti italiani e stranieri databili tra i secoli XVI e XVIII, ceramiche di manifattura senese comprese tra i secoli XIV e XVIII e altre preziose collezioni. Nella Sala del Consiglio era collocato il Mappamondo girevole dipinto da Ambrogio Lorenzetti nel 1345, costituito da un telaio rotondo girevole ricoperto di materiale leggero e infine perduto.
Sul lato sinistro del Palazzo Pubblico s’innalza la Torre del Mangia che, con i suoi 88 metri di altezza, simboleggiava le libertà comunali e l’affrancamento dal potere feudale, ma che suonò per la prima volta in coincidenza della terrificante epidemia che danneggiò inequivocabilmente l’economia senese chiudendone l’epoca d’oro.
Museo di Storia Naturale dell'Accademia dei Fisiocritici onlus
L'Accademia delle Scienze di Siena, detta dei "Fisiocritici" (giudici della natura), fu fondata nel 1691 nella "libreria" dello Spedale Santa Maria della Scala di Siena da Pirro Maria Gabbrielli, docente di Medicina e Botanica nell'Ateneo senese. Obiettivo primario dell'Accademia era lo studio dell'origine dei fenomeni naturali attraverso una verifica sperimentale. Trasferita nel 1694 in una sala della Sapienza, sede dell'Università, dopo il disastroso terremoto del 1798 trovò una nuova ubicazione nell'ex Monastero dei Camaldolesi. Considerata una delle società culturali più famose d'Europa, l'Accademia ha avuto tra i soci illustri scienziati come Carlo Linneo, Joseph-Louis Lagrange, Alessandro Volta, Louis Pasteur e molti altri. Il nucleo originario delle collezioni naturali, oggi conservate nel Museo, risale alla metà del XVIII secolo: particolarmente significative sono la raccolta “Paolo Mascagni”, appartenuta al noto studioso che dal 1789 al 1815 presiedette l’Accademia conferendole un maggiore impulso scientifico, con i preparati anatomici realizzati con la tecnica dell’iniezione di mercurio metallico nei vasi linfatici; la collezione "Francesco Valenti-Serini", una vasta raccolta di modelli in terracotta di funghi; la collezione "Francesco Spirito", con preparati anatomici trattati con processo di pietrificazione. Notevole la collezione zoologica, in cui spiccano i Mammiferi marini, raccolti dal 1970 a oggi lungo le coste regionali, e quella geologica, consistente soprattutto in campioni del territorio della Toscana meridionale, frutto di donazioni passate. Nell'Archivio Storico si conservano documenti manoscritti relativi alla vita e alla storia dell'Accademia e, più in generale, alla storia della scienza senese.
Oratorio di San Bernardino e Museo Diocesano d'Arte Sacra
Il nuovo Museo Diocesano di Arte Sacra trova collocazione in alcuni locali adiacenti l'Oratorio di San Bernardino, completamente restaurati per l’occasione nel 1999: luogo dall’atmosfera rarefatta e sospesa, costituisce un punto di riferimento essenziale per la storia dell'arte sacra del territorio. Si possono ammirare tavole del Due-Trecento, tra cui il Maestro di Tressa, Bartolomeo Bulgarini, Luca di Tommè e Taddeo di Bartolo; alcuni affreschi provenienti dalla chiesa di S. Francesco di Pietro e Ambrogio Lorenzetti, di cui si segnala la meravigliosa Madonna del Latte. Seguono le opere del Cinque-Seicento con il Cristo Portacroce del Beccafumi, piccole tavole del Sodoma e del Riccio e alcune opere di Ventura Salimbeni e Bernardino Mei, per finire con una serie di sculture tra qui quelle di Domenico di Niccolò dei Cori e di Antonio Federighi, e con numerosi oggetti d’oreficeria. Cuore del Museo resta l'antica sala rettangolare dell'Oratorio Superiore, con soffitto a cassettoni con teste di cherubini su fondo azzurro: le pareti, interamente affrescate con le Storie della Vergine, offrono un mirabile esempio della pittura senese del primo quarto del Cinquecento rappresentata qui dai suoi protagonisti Girolamo del Pacchia, Sodoma e Beccafumi.
Orto Botanico e Erbario
L'Orto Botanico e l'Erbario (Sezione Museo Botanico) sono le strutture museali del Dipartimento di Scienze Ambientali, riconosciute a livello internazionale come centri per la conservazione di collezioni storiche e moderne, per la divulgazione, la promozione della cultura scientifica e come supporti, con materiale vivo e conservato, per la ricerca universitaria.
Nel 1588 fu allestito un antico Giardino dei Semplici, assieme all'istituzione della cattedra di "Lettore dei Semplici" presso l'Ospedale di Santa Maria della Scala. Poi, nel 1856, il professore G. Campani, trasferisce il Giardino in via Mattioli e nel 1784 venne trasformato in Orto Botanico dell’Università. Attualmente l'Orto Botanico è situato all'interno della cinta muraria di Siena, occupando parte della valle di S. Agostino; si estende su una superficie di 2,5 ettari per lo più in forte declivio, esposta a Ovest. Tale ubicazione, oltre ad avere un particolare valore scientifico, in quanto permette di conservare specie vegetali di vario genere, da quelle più termofile come la palma nana, a quelle montane, come il faggio e gli abeti; possiede anche una certa valenza storica, poiché vi sono conservate testimonianze architettoniche di pregio. L’Orto Botanico è visitato annualmente da numerosi gruppi italiani e stranieri, che possono su prenotazione richiedere visite guidate. Negli ultimi anni, per le scuole, sono state organizzate visite con personale specializzato su argomenti particolari o seguendo i vari temi dello nostra Offerta Didattica.
L’Erbario è una struttura che raccoglie, cataloga e conserva oltre 80.000 campioni essiccati di piante vascolari, funghi, licheni, muschi, epatiche e alghe. L’Erbario è stato fondato nel 1856 ed oltre a servire da archivio storico delle ricerche geobotaniche svolte nel Dipartimento, conserva i typus delle specie descritte, insieme a campioni di collezioni storiche, donate all'Erbario o recuperate in vecchi monasteri e abitazioni. L’Erbario ha quindi un ruolo fondamentale per studi scientifici applicativi e di ricerca pura, nonché, essendo un museo, è fruibile al pubblico su prenotazione e consultabile su richiesta sul sito erbariitaliani.unipg.it.
I due musei sono inseriti nel portale informatico del sistema museale universitario dell’Ateneo Senese (www.passus.it), nel sito della “Conferenza dei Rettori delle Università Italiane” (www.crui.it). Insieme collaborano con altre Istituzioni scientifiche sia per attività didattiche ed espositive legate direttamente al loro ruolo, che per progetti diversi, come l’informatizzazione a livello nazionale delle collezioni.
