Il nucleo originario delle collezioni del Museo deriva dall'attività del Gruppo Geo-paleontologico Empolese. Alla fine degli anni Ottanta, vista l'ingente quantità di materiali raccolti e la mancanza di strutture adeguate per la conservazione e la didattica, il Comune di Empoli decise l'istituzione del Museo Civico, con sede nel Palazzo Ghibellino, affidandone la gestione all'Associazione GeA.

Il Museo conserva fossili e rocce che documentano la storia della Terra. Il nucleo più consistente della raccolta è costituito da reperti fossili provenienti da località toscane con affioramenti sedimentari mesozoici e cenozoici. Di particolare interesse le malacofaune rinvenute nei depositi pliocenici affioranti nei bacini dei fiumi Arno, Cecina e Ombrone. Sono inoltre esposti vari modelli e un diorama a grandezza naturale con la ricostruzione di una scena di lotta tra due dinosauri.

L'Associazione GeA propone, per scuole e gruppi organizzati, visite guidate, incontri didattici in ambienti di interesse geo-paleontologico e naturalistico (ex Cava di Spicchio e Arno Vecchio) e corsi di educazione ambientale, integrati da attività pratiche presso il laboratorio annesso al Museo.

In occasione del IV centenario della morte di Leonardo (1919) prese forma l’idea di consacrare al genio vinciano un museo che, nella sua patria, ne illustrasse l’opera. Come sede espositiva fu scelto il Castello dei Conti Guidi, donato dal conte Giulio Masetti da Bagnano al Comune. Prima che il museo aprisse i battenti passò, però, del tempo poiché l’inaugurazione, avvenuta a seguito di radicali restauri dell’edificio protrattisi dal 1939 al 1942, ebbe luogo soltanto nel 1952, in occasione del V centenario della nascita di Leonardo. A questa data il percorso espositivo era costituito da una serie di macchine ispirate ai suoi disegni. Negli anni Ottanta la Biblioteca Leonardiana, ospitata fino ad allora nel Castello, si trasferì nella sede attuale, mentre il museo, con una iniziativa avveniristica per l’epoca, ampliò l’esposizione con modelli realizzati da IBM Italia e presentati prima della loro definitiva sistemazione a Vinci in una mostra itinerante dal titolo "Laboratorio su Leonardo". Il percorso espositivo vero e proprio si articola in due sedi: il già ricordato Castello dei Conti Guidi, nella cui sala del Podestà è ospitata una pregevole Madonna robbiana, e la Palazzina Uzielli, affacciata su Piazza Guidi dove spicca l’installazione dell’artista Mimmo Paladino.

É proprio da qui che ha inizio il percorso di visita; nelle sale della Palazzina sono, infatti, ospitate macchine tessili e da cantiere, il cui funzionamento è illustrato anche grazie a ricostruzioni virtuali. Il percorso espositivo, concepito per illustrare le conoscenze scientifiche, teoriche ed empiriche del Rinascimento, si presta ottimamente ad essere integrato con le mostre temporanee di analogo soggetto periodicamente organizzate e con i laboratori didattici che qui si svolgono. Nelle sale del Castello dei Conti Guidi si trovano, invece, modelli relativi ai numerosi altri campi d’indagine nei quali si esercitò l’infaticabile spirito di osservazione leonardesco. È qui che il visitatore potrà vedere le ricostruzioni delle macchine avveniristiche per volare, per muoversi sull’acqua o sulla terra che tanto hanno contribuito alla fama di Leonardo: l’"elicottero", la macchina volante, il carro automotore (o "automobile") e molti altri ancora. Non meno interessanti sono le riproduzioni degli strumenti scientifici descritti da Leonardo nei suoi manoscritti, fra i quali l’equalizzatore, il riflettore e il pignone a cremagliera.

Nato dalla collaborazione di studiosi e artisti nel 1993, il Museo vide la luce sotto l’egida dell’Armand Hammer Center for Leonardo Studies dell’Università di California a Los Angeles. L’esposizione, concepita come trasposizione sia concreta che virtuale del "Museo Immaginario", è stata ufficialmente riconosciuta come Museo d’Interesse Pubblico nel 1999.

É il primo museo che si propone di ricostruire la complessa personalità di Leonardo in ognuno dei suoi molteplici aspetti e campi d’interesse. La sua attività di artista, scienziato, inventore e designer è illustrata in costante riferimento alla biografia e ai luoghi da lui conosciuti. Questo viaggio nella mente e nell’opera di Leonardo è reso possibile da un’esposizione nella quale trovano sistemazione tutte le riproduzioni dei capolavori pittorici, i facsimile dei suoi manoscritti e persino una campionatura delle impronte digitali del genio vinciano. Unico nel suo genere è l’"Archivio Leonardismi", la più estesa raccolta esistente di reperti e documenti sull’uso e l’abuso dell’immagine di Leonardo dall’arte ai mass media.

Della collezione fanno parte anche originali come alcuni dipinti della bottega e scuola di Leonardo, fra cui la Madonna delle Minime, la Maddalena, il Cristo giovane di anni dodici, e rari strumenti in uso all’epoca di Leonardo in Toscana, come il "Ritrecine di Leonardo". A testimonianza della fortuna leonardesca fra i suoi contemporanei sono presenti nell’esposizione anche rare incisioni fra cui due "Nodi" del 1505-1507 incisi da Dürer su disegno di Leonardo. Completano il percorso museale oltre 60 modelli ricostruiti ad arte in base ai suoi progetti, alcuni dei quali realmente funzionanti, come orologi, fontane, la "casa del pittore", il teatro della "Montagna che si apre" ed altre meraviglie del "Leonardismo" fra i quali cimeli d’epoca e due autografi di Duchamp.

Recentemente riallestito, ha sede nella Galleria sotterranea e nell’Antica Cantina del Castello dei Conti Guidi, con ingresso da Via Montalbano 2.

È in corso l’attuazione del progetto "Giardino di Leonardo e dell'utopia", pensato come sezione a cielo aperto del Museo, situato in Via Collinare, a poche centinaia di metri dal centro storico di Vinci.

Ad Anchiano, nei pressi di Vinci, in un suggestivo contesto paesaggistico, si trova quella che, senza precisi riferimenti storici, viene indicata come la casa nella quale avrebbe avuto i natali Leonardo il 15 aprile 1452. Ornata da quello che la tradizione considera lo stemma in pietra dei "Da Vinci", fu ristrutturata nel 1952, demolendo sovrastrutture esterne e interne non originarie. Un ulteriore restauro, realizzato nel 1986, ha teso a ridare all'esterno la sua originaria fisionomia di casa rurale toscana quattrocentesca. All'interno è allestito un apparato iconografico e didattico basato sui testi di Leonardo che comprende anche le riproduzioni di alcuni disegni che raffigurano la campagna toscana e una mappa del Valdarno.

Il castello fu acquistato da Cosimo I de' Medici e trasformato in villa poco oltre la metà del Cinquecento, su progetto attribuito a Bernardo Buonatelenti. Divenne residenza di caccia e presidio territoriale della zona della famiglia regnante. Fu donata allo Stato nel 1966. All'interno si possono osservare alcuni ritratti della famiglia Medici e arredi di varia epoca e provenienza. Una serie di mappe e plastici sottolineano i rapporti con il territorio del Padule di Fucecchio.

Dal settembre 2002 è stato istituto, al primo piano della villa, il Museo Storico della Caccia e del Territorio. L'esposizione presenta una raccolta di armi, principalmente da caccia e da tiro, del periodo compreso fra Seicento e Ottocento. Da segnalare anche una piccola raccolta di otto animali del padule, tassidermizzati nel corso dell'Ottocento, e due orologi meccanici del Seicento, uno diurno e uno notturno. Quest'ultimo presenta i numeri e le frazioni orarie traforate per essere letti in trasparenza grazie al lume di una candela che veniva posta all'interno. Sul retro della villa è ubicato un grazioso giardino all'italiana, la cui caratteristica è di essere in gran parte coperto dal pergolato di un'unica pianta secolare di glicine.

Il Museo, riaperto nel 2004, è situato nello storico palazzo Corsini. Accanto ad alcune sezioni dedicate a raccolte artistiche, è stata allestita una sezione archeologica che documenta alcuni aspetti della storia degli insediamenti in questa area. Particolarmente interessante, dal punto di vista delle scienze naturali, è la Collezione Ornitologica Lensi, formatasi tra la fine dell'Ottocento e gli inizi del Novecento ad opera del medico Adolfo Lensi. La collezione è stata conservata dalla famiglia Lensi fino al 1978, anno in cui è stata acquistata dall'Amministrazione Comunale di Fucecchio, che la collocò nel Palazzo Comunale. Situata oggi all'ultimo piano di Palazzo Corsini, è dedicata prevalentemente alla fauna del Padule di Fucecchio ed è costituita da circa 300 reperti. Alcuni esemplari furono tassidermizzati dallo stesso Lensi, mentre altri furono preparati da altri tassidermisti.

Il Ponte Mediceo di Cappiano, sul canale dell'Usciana, emissario del Padule di Fucecchio, ha avuto storicamente un ruolo di primo piano nel sistema di navigazione interno che collegava il lago di Bientina, il Padule di Fucecchio, l'Arno e il mare, consentendo le relazioni commerciali nel percorso fra Pistoia e Pisa. Questa rete idroviaria è stata sostanzialmente funzionante fino alle bonifiche ottocentesche.

Già nel Medioevo si hanno notizie del ponte di Cappiano, gestito dagli Ospitalieri di Altopascio e inserito nell'itinerario della via Francigena. Nel 1325, in seguito ad un conflitto fra fiorentini e lucchesi il ponte fu distrutto. Fu poi ricostruito e fortificato con una torre; successivamente fu dotato di ponti levatoi.

Leonardo, nel foglio RLW 12685, indica e raffigura Ponte a Cappiano con la sua struttura difensiva e, in particolare, una torre. Il complesso era dotato di una chiusa per regolare il deflusso delle acque e, al tempo stesso, per la pesca delle anguille. Un mulino e una sega ad acqua per tagliare il legname completavano l'opera.

Nella prima metà del Cinquecento Cosimo I de' Medici ne decise la riedificazione nella forma che sostanzialmente ancora oggi osserviamo. Furono allora realizzati il ponte scoperto e il ponte coperto, insieme a vari edifici annessi: l'osteria, la ferriera, il mulino e la casa del provveditore che presiedeva all'amministrazione della fattoria. Due lapidi, una in latino e una in italiano, ci ricordano questo momento:

COSIMO MEDICI DUCA DI FIORENZA

HA RIFATTO QUESTO LOCO DA' FONDAMENTI

PER BENEFIZIO PUBBLICO

ET NON SIA CHI LO DISFACCIA PIU

CON ISPERANZA D'ACQUISTARNE COMMODO AL PAESE

SAPPIENDO OGNI VOLTA CHE S'È DISFATTO

ESSERSI PERDUTO

DI SOTTO L'USO DELLA TERRA

ET DI SOPRA DELLA PESCAGIONE

SENZA ACQUISTO ALCUNO