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.

Avvertito sin dagli albori dei tempi in tutti i nuclei urbanizzati, il problema del rifornimento dell'acqua fu affrontato sin dalle origini anche ad Arezzo. In epoca romana esistevano le Terme, ma dell'acquedotto, che si presume dovesse alimentarle, oggi sono visibili pochi resti. Tra 1593 e 1603 fu costruito l'acquedotto detto vasariano, che ben si adattava alla struttura del territorio aretino. Nella parte inferiore della valle l'acquedotto, fu tracciato lungo una serie di archi, mentre un canale sotterraneo trasportava l'acqua, attraversando l'interno della collina, sotto la rocca di Arezzo. Nel canale sotterraneo, in luogo di sfiatatoi, fu aumentata vistosamente l'altezza del condotto delle acque, che scaturendo dalle bocche della Fontana Pubblica, alimentavano le fonti di piazza di San Agostino, un vasto lavatoio e i mulini delle gualchiere presenti nella zona.

Oggi, alla periferia nord-est di Arezzo, in località "Gli Archi", si possono ammirare, appunto, gli archi dell'acquedotto vasariano, in buono stato di conservazione. Il Comune di Arezzo, poi, tra 1925 e 1929, provvide alla costruzione del nuovo Acquedotto del Buon Riposo, che doveva integrare il precedente condotto in caso di necessità. La Fraternita dei Laici, proprietaria dell'acquedotto vasariano, nel 1930 lo cedette al Comune in modo da unificare il sistema di gestione delle acque.

La Chiusa dei Monaci fu costruita intorno al 1151 dai frati del monastero S. Flora e Lucilla di Arezzo come pescaia sul Canale Maestro (a nord di Arezzo), con la funzione di regolamentare il deflusso delle acque dell'area paludosa della Valdichiana verso l'Arno. Nel 1388 fu abbassato il livello della soglia della chiusa nel tentativo di migliorare il deflusso delle acque. Divenuta una delle strutture principali nella regolamentazione delle acque della Chiana, nel periodo che intercorre tra il 1547 e il 1607 fu travolta dalle piene almeno dieci volte. Alla fine del secolo XVI, per migliorare le condizioni dell'area paludosa, ne fu previsto un nuovo abbassamento; questo intervento, tuttavia, fu osteggiato dai Fiorentini preoccupati che l'acqua della Chiana, scaricata in Arno, aumentasse il rischio di piene per Firenze. Nel 1635 il castiglionese Enea Gaci elaborò, su commissione dei Fiorentini, un progetto che, tra gli altri interventi, prevedeva la demolizione della Chiusa, mai realizzato per l'opposizione di Evangelista Torricelli.

Nuovi lavori alla Chiusa furono previsti e, in qualche caso, realizzati tra il Settecento e l'Ottocento. Leonardo Ximenes, a metà del XVIII secolo, fu inviato dal Granduca Pietro Leopoldo di Lorena in Valdichiana per sviluppare un progetto di risanamento. Ximenes ipotizzò un ulteriore abbassamento del livello della Chiusa, anche questa volta non realizzato per non pregiudicare la navigabilità del Canale Maestro. Lo stesso tipo di intervento fu suggerito da Vittorio Fossombroni alla fine del Settecento. Nel 1838 Alessandro Manetti propose ancora di abbassare la Chiusa di oltre tre metri e di costruirvi di lato uno scaricatore. Oggi la struttura, che testimonia l'intervento lorenese in Valdichiana, è inserita nel Parco della Chiusa dei Monaci, ubicato nella parte terminale del Canale Maestro della Chiana.

La Valdichiana, il cui nome deriva dal fiume Clanis (oggi Chiana), è ricordata come bacino Clanis Aretinum da Plinio il Vecchio nella sua Historia Naturalis. L'alveo del fiume riceveva le acque provenienti dal Casentino e da numerosi torrenti che determinarono l'impaludamento di una vasta area. Gli Etruschi attuarono i primi interventi tesi a regolamentare il regime idraulico della zona per rendere coltivabili i terreni e navigabile il Chiana sino al Tevere. La valle fu mantenuta a lungo talmente fertile e produttiva da essere conosciuta con l’epiteto di "granaio dell'Etruria" ancora al tempo dei Romani. Questi ultimi portarono avanti i lavori nella valle costruendo alcune pescaie lungo il corso del Chiana, in modo da renderlo più salubre e pescoso. La Valle fu inoltre interessata dalla costruzione della via militare Cassia, che la attraversava longitudinalmente. Negli ultimi anni della Repubblica si avviò un lento declino che determinò l'impaludamento di tutta la zona causato anche dalla progressiva inversione del corso della Chiana dal Tevere all'Arno. Tra il X e il XIII secolo furono tentati dai monaci, con scarsi mezzi, isolati tentativi di bonifica; l'intervento più importante fu la costruzione della Chiusa dei Monaci (1151). Nel secolo XIII, il luogo diventò malsano e desolato: come tale è ricordato da Dante Alighieri nella Divina Commedia (Inferno - XXIX, 46-47; Paradiso -XIII, 23).

Nel 1338 il governo aretino avviò un tentativo di bonifica che prevedeva la costruzione del Fossatum Novum, un fosso longitudinale lungo circa sei chilometri. Nel 1492 lo Stato Pontificio e i Fiorentini discussero altri progetti, non attuati per l'opposizione di Siena. Tra il 1502 e il 1503, Leonardo Da Vinci elaborò, su incarico di Cesare Borgia (il Valentino), uno studio di sistemazione idraulica del territorio che prevedeva la costruzione di un canale navigabile lungo l'Arno fino a Pisa: celebre è la veduta a volo d'uccello della Valdichiana (Windsor Castle, Royal Library, n. 12278). Nel 1551 Cosimo I de' Medici incaricò l'ingegnere Antonio Ricasoli di effettuare una attenta perizia. Una bonifica generale fu possibile solo quando tutti i territori furono compresi nel dominio mediceo. Con Ferdinando I iniziarono in maniera sistematica i lavori di risanamento della valle e sul terreno bonificato furono costruite le prime grandi fattorie granducali. Successivamente furono richiesti progetti anche a Galileo Galilei, a Vincenzo Viviani e a Evangelista Torricelli. In particolare, Torricelli, che si era duramente opposto al progetto del castiglionese Andrea Gaci, ideò un piano idrometrico, allora non attuato, nel quale riteneva il metodo della colmata quale unico mezzo per risanare la vallata.

Dopo un periodo di minori interventi, i lavori ripresero con il Granduca Pietro Leopoldo di Lorena che, nel 1763, incaricò Leonardo Ximenes di redigere un progetto di risanamento dell'area, non realizzato per l'opposizione del matematico Tommaso Perelli, che a sua volta predisporrà e realizzerà un proprio piano di intervento. Tra il 1789 e il 1827 è la volta di Vittorio Fossombroni, che propose di dare una pendenza regolare alla valle mediante colmata e di regimentare il corso delle acque. La direzione dei lavori fu in seguito assunta dall'ingegnere fiorentino Alessandro Manetti il quale, dal 1838 al 1859, elaborò ed eseguì numerosi interventi, tra cui la realizzazione di una vasca di contenimento con una cascata artificiale alta sei metri. Dopo l'Unità d'Italia furono realizzati ulteriori interventi da Carlo Possenti, ispettore del Genio Civile di Arezzo, che completò, apportando qualche modifica, i lavori avviati da Manetti. La bonifica si può considerare ultimata negli anni Trenta del secolo XX.

Caratteristici sono alcuni edifici che risalgono al periodo delle bonifiche. Ad esempio, bellissimo è l'imponente complesso colonico di Rugliano, costruito nel secolo XVIII su un precedente insediamento romano e visitabile lungo un affascinate itinerario che da Pieve al Toppo porta a Viciomaggio attraverso la statale 73 senese-aretina.

Il Museo, collocato in alcune sale della medievale rocca del Cassero (secolo XIV), documenta l'antica produzione di manufatti in ceramica di uso domestico e popolare, tipica di Monte San Savino. L'apparato espositivo presenta anche i reperti rinvenuti durante il restauro del Cassero e quelli di maiolica provenienti dalla rocca di Ciggiano. L'allestimento è completato da una piccola sezione archeologica.

Di probabile origine duecentesca, ma fortemente rimaneggiato nel Trecento, il Palazzo Comunale di Lucignano (ex Palazzo Pretorio) presenta su un lato dell'edificio un antico orologio meccanico del 1730, posto dall'artefice romano Antonio Giacchei in sostituzione del precedente. Il quadrante riporta 6 cifre romane in rame, originariamente dorate, applicate direttamente sulla facciata. Il telaio, in ferro battuto del tipo "a castello", fu riparato l'ultima volta nel 1954. Il piano terreno del Palazzo ospita il Museo Comunale di Lucignano che, fra i molti oggetti artistici, mostra anche i due pesi dell'antico meccanismo dell'orologio.

Il Palazzo è inserito in uno straordinario contesto urbanistico. Con la sua caratteristica forma ellittica a strade anulari concentriche, il borgo fortificato di Lucignano costituisce uno dei più interessanti esempi di urbanistica medievale arrivato fino ai nostri giorni. Posto in una zona di notevole importanza strategica fu a lungo conteso tra le città di Arezzo, Siena, Firenze e Perugia per il dominio della Valdichiana. Munito dai senesi di una cinta muraria già dal 1371, il borgo fu ulteriormente fortificato dai fiorentini con la costruzione, attorno al 1558, di una Fortezza voluta da Cosimo I de' Medici, attribuita all'architetto Bernardo Puccini. Oltre alla Fortezza e alla Rocca nel paese sono ancora visibili ampi tratti delle mura, caratterizzate da un'ampia scarpa, tre delle porte originarie e due torri con apparato difensivo a sporgere (ballatoio in muratura).

Il Museo, fondato nel 2001 e ospitato nel Palazzo Pretorio di Petroio, fa parte del Sistema Museale Senese. Raccoglie le testimonianze della storia produttiva del paese, dedicata alla lavorazione tradizionale di prodotti in terracotta. Oltre ad oggetti in terracotta di vario genere, conserva un'ampia documentazione sulle tecniche di lavorazione. La visita al Museo può essere integrata da itinerari nel paese e nel territorio circostante.