Situato nel Cinquecentesco Palazzo Bruni Ciocchi, il Museo Statale di Arte Medievale e Moderna è una delle più importanti istituzioni culturali aretine. Costituito da due principali raccolte d'arte, provenienti dalla Pinacoteca Comunale e dal Museo della Fraternita dei Laici, conserva, accanto all'importante raccolta di dipinti dei secoli XIX e XX e alle numerose terrecotte di Andrea della Robbia e dei suoi discepoli, una importante collezione di maioliche italiane e una di vetri, oltre a singolari raccolte di gemme e coralli. La collezione di maioliche, tra le più importanti a livello nazionale, comprende numerosi vasi da farmacia appartenuti al Monastero di Camaldoli. Diversi esemplari della collezione di vetri (bicchieri, calici e vasi), realizzati nelle vetrerie toscane del XVI e XVIII secolo, provengono invece da farmacie antiche.

Il Duomo di Arezzo (San Pietro Maggiore) fu iniziato verso il 1278, ma la costruzione si svolse in epoche diverse, protraendosi fino ai primi anni del secolo XVI. La facciata, rimasta incompiuta nel Quattrocento, fu ricostruita nel secolo XX, in stile neogotico, su disegno di Dante Viviani. Sulla parete meridionale sono murate tre misure di riferimento in pietra risalenti al secolo XIII. L'interno, la cui struttura costituisce un pregevole esempio di architettura gotica, è ricchissimo di opere d'arte di grande pregio.

A sinistra dell'entrata, in prossimità della sfarzosa Cappella della Madonna del Conforto, è collocato il monumento sepolcrale dello scienziato aretino Francesco Redi, su cui è scolpito lo stemma di famiglia. Sopra la cassa di marmo si trova il busto dello scienziato..

Le vicende legate ai destini del corpo di Redi sono ancora oggi enigmatiche. Redi morì in seguito ad un attacco apoplettico durante la notte del 1° marzo 1697 a Pisa, dove si era recato con la Corte medicea. Dopo l'autopsia, richiesta dallo stesso Granduca Cosimo III, fu imbalsamato. Il corpo fu poi trasportato ad Arezzo e tumulato con grande solennità nella Chiesa di San Francesco, secondo una sua richiesta testamentaria. Nel 1812, durante la municipalità napoleonica, fu ipotizzato di trasformare la chiesa di San Francesco in un teatro. Preoccupato dei destini della salma, Francesco Saverio, pronipote di Redi, fece trasferire il monumento sepolcrale nel Duomo, ma, dopo questo ultimo trasporto, del corpo si perse ogni traccia e, nonostante accurate ricerche di studiosi di storia locale, è oggi impossibile sapere dove riposino i resti mortali del medico aretino.

In piazza Grande, detta anche piazza Vasari, si erge l'elegante Palazzo della Fraternita dei Laici, associazione benefica fondata nel 1262, al centro ancora oggi dell'attività assistenziale cittadina. Iniziato nel tardo Trecento e completato tra Quattrocento e Cinquecento, il palazzo compone mirabilmente lo stile gotico e quello rinascimentale.

Sulla facciata del cinquecentesco campanile a vela si ammira lo straordinario quadrante di orologio. L'ingegnoso orologio, datato 1552, è opera di Felice da Fossato. All'interno del campanile è sistemato il complesso meccanismo con gli ingranaggi e i ruotismi che permettono i movimenti delle diverse parti dello strumento; una linea meridiana serviva per controllarne la precisione basandosi sul mezzogiorno solare. Il bellissimo quadrante mostra non solo le ore, ma anche il moto del Sole e le fasi della Luna. Oltre ai 12 numeri romani sono, infatti, riportati, su un cerchio interno, 29 numeri arabi, coincidenti coi giorni del mese lunare, mentre su un disco in rame sono tracciate delle figure geometriche corrispondenti alle varie posizioni della Luna (terzili, quartili e sestili). Due sfere di metallo sopra il disco ed una terza esterna rappresentano rispettivamente la terra, al centro secondo il sistema tolemaico ancora in auge al tempo della costruzione dell'orologio, la luna, metà bianca e metà nera, e infine il sole. È opportuno ricordare che orologi di questo tipo, ancora oggi esistenti, sono rarissimi. In anni recenti è stato perfettamente restaurato.

Nel 1538, nell'ambito dell'opera di revisione del sistema difensivo dello Stato voluto da Cosimo I de' Medici, iniziarono i lavori per la fortezza e il nuovo circuito murario di Arezzo, sotto la direzione di Antonio da Sangallo il Giovane che aveva utilizzato i disegni di Giuliano (1502) e Antonio il Vecchio (1505).

La cittadella medicea, che sorge sul colle di San Donato nella zona occupata prima da edifici del III-II secolo a.C., poi da un cassero del secolo XIV, costituisce un interessante esempio di architettura militare del Cinquecento per l'impianto stellare a cinque punte, per la razionalità delle strutture e per l'innovazione delle soluzioni architettoniche. Una caratteristica peculiare della cinta muraria è, invece, costituita dalla notevole altezza della scarpa in confronto alla parete a piombo. La fortezza, smantellata nel 1800 dai Francesi, fu restaurata nel 1868 e successivamente più volte rimaneggiata. Alla fine dell'Ottocento la fortezza con il terreno limitrofo fu donata per testamento dal Conte Enrico Falciai Fossombroni al Comune di Arezzo affinché fosse destinata a pubblica utilità.

Gli spalti della cittadella medicea, adattati a parco pubblico, offrono un bel panorama sulla città, sulla pianura, sulla valle dell'Arno e sul Pratomagno.

Ospitato nell'ex monastero di San Bernardo, costruito intorno alla metà del Trecento sui resti dell'anfiteatro romano dall'ordine dei Benedettini Olivetani e rimaneggiato nei secoli XVII e XVIII, il Museo Archeologico di Arezzo accoglie una vasta collezione di manufatti antichi, principalmente di epoca etrusca e romana. Ricco di pezzi celeberrimi, come lo splendido cratere attico di Euphronios, dal punto di vista scientifico è importante soprattutto per le sale dedicate alla produzione della terra sigillata aretina. Si tratta di ceramica da mensa molto fine, decorata a rilievo e ricoperta da una vernice color rosso corallo. Prodotta in serie mediante matrici, rimase in auge dalla metà del I secolo a.C. fino alla metà del secolo successivo. L'esposizione ne illustra le tecniche di produzione e presenta, nelle sale VI, VII e VIII, i pezzi delle principali botteghe, tra cui si possono ricordare quelle di M. Perennius e di C. Ateius.