Il convento di San Marco deve il suo aspetto attuale alla ristrutturazione di un precedente convento medievale effettuata dall'architetto Michelozzo, su commissione di Cosimo il Vecchio, tra il 1436 e il 1446. Demanializzato nel 1866, divenne, tre anni dopo, sede del Museo che ospita, tra i tanti capolavori, il celeberrimo ciclo di affreschi del Beato Angelico e la maggior parte delle sue opere su tavola.

Benché rilevante soprattutto dal punto di vista storico artistico, il Museo presenta numerosi elementi di interesse scientifico: tra le stesse opere dell'Angelico, è doveroso citare i dipinti conservati nell'Ospizio dei Pellegrini che raffigurano i due Santi medici Cosma e Damiano, facilmente riconoscibili per la tonaca e il cappello rosso e la scatola tonda dei medicinali. Esemplare, tra questi, è la tavola della Guarigione del diacono Giustiniano in cui i santi sono rappresentati nell'atto di trapiantare la gamba di un "moro" al posto di quella ammalata del diacono. Di estremo interesse per le discipline geografiche è, invece, la Pala di San Marco, realizzata tra il 1438 e il 1440: in essa, tra le mani del bambin Gesù, è raffigurato un globo terrestre con quello che moderni studiosi di cartografia antica hanno interpretato come un accenno alle terre emerse allora conosciute.

Sulla parete destra del corridoio che mette in comunicazione il chiostro di Sant'Antonino con la scala che conduce al piano superiore, il visitatore potrà osservare un ciclo di quattro dipinti di Jacopo Vignali, eseguiti in occasione della pestilenza del 1622-23 e destinati alla Spezieria del convento. In queste tele è raffigurato il tema della malattia e della cura del corpo e dello spirito. Sulla parete opposta, si trova, invece il Miracolo di San Paolo, opera seicentesca di Giovanni Bilivert, che presenta un'interessante curiosità: uno dei personaggi secondari indossa, infatti, un paio di occhiali poggiati sul naso, oggetto già molto diffuso nel Cinquecento e raffigurato in opere d'arte solitamente in quanto simbolo di sapienza e scienza.

Ma il legame con la scienza si fa ancora più forte al piano superiore del convento, dove, oltre alla cella di Cosimo con l'affresco dell'Adorazione dei Magi, in cui è rappresentato un personaggio con una sfera armillare in mano, si trova la monumentale Biblioteca di Michelozzo. Prima biblioteca pubblica del Rinascimento, nacque per ospitare i libri dell'umanista Niccolò Niccoli, a cui si aggiunsero, per volere di Cosimo il Vecchio, i testi più importanti del sapere teologico, giuridico e scientifico medievale. Nei secoli successivi, l’importanza della biblioteca, continuamente arricchita di nuovi volumi, è stata testimoniata dal matematico e filosofo Gottfried Wilhelm von Leibniz, che nel 1689 riuscì a consultarvi un testo di logica matematica (il Liber calculationum di Richard Swineshead), cercato invano altrove. I resti di una Rosa dei venti, incisa su uno strato di intonaco all'altezza della settima campata ovest della biblioteca, rimangono ad indicare al visitatore il luogo dove era collocata la collezione dei libri scientifici, come testimonia un catalogo cinquecentesco delle opere del convento.

Il complesso di San Marco è legato anche ad un episodio che coinvolse direttamente Galileo Galilei. Nel 1615, infatti, il domenicano Niccolò Lorini denunciò Galilei all’Inquisizione, inviando una copia della lettera in cui il matematico pisano difendeva la validità delle teorie copernicane. I Padri di San Marco accusarono Galileo di avere formulato affermazioni «sospette o temerarie».

Nata per desiderio di Francesco Marucelli come biblioteca pubblica per i meno abbienti, aprì al pubblico il 18 settembre 1752 nella sede dove tuttora si trova. Nel 1783 venne costituita la raccolta di disegni e stampe. La Biblioteca accrebbe considerevolmente il suo patrimonio librario a seguito delle soppressioni degli enti ecclesiastici, tra il secolo XVIII e gli inizi del secolo XIX. Altri importanti fondi giunsero nei primi anni del Regno d'Italia. Dal 1910, grazie alla legge che istituiva il deposito obbligatorio degli stampati, vengono depositate nella Biblioteca le opere stampate nella provincia di Firenze. Oggi possiede un ingente patrimonio costituito da oltre 500.000 volumi (tra cui incunaboli e cinquecentine), manoscritti e carte sciolte (autografi e carteggi di interesse letterario, storico, artistico e scientifico), periodici e libretti d'opera, oltre all'importante collezione di stampe e disegni (secoli XV-XIX). Fra gli autografi, vanno segnalate le carte di Francesco Redi, Giacinto Cestoni e alcune lettere di Antonio Vallisneri.

La Biblioteca conserva anche l'Erbario Crittogamico Italiano "Luigi Beuf". L'Erbario consiste in una raccolta di crittogame essiccate (circa 3.000 reperti) e incollate su fogli mobili. L'opera, conservata nella Sala Manoscritti e Rari, fu realizzata in trenta fascicoli, presso la Libreria Europea Luigi Beuf di Genova, tra il 1858 e il 1867.

Particolare importanza da un punto di vista scientifico rivestono anche una coppia di globi (celeste e terrestre) del 1699, opera del cosmografo veneziano Vincenzo Coronelli e acquistati dal bibliotecario Bandini nel 1755.

Nel 1524 Clemente VII aveva ordinato a Michelangelo di progettare e costruire un edificio dove poter collocare la biblioteca medicea, acquistata da Leone X, custodita dai Domenicani nei locali della Chiesa di San Marco. Nel 1558 ebbe termine la costruzione dell'edificio destinato ad ospitare la Biblioteca Medicea Laurenziana, inserita nel complesso monumentale della Chiesa di San Lorenzo. La Biblioteca fu aperta per la prima volta al pubblico nel 1571.

La Biblioteca conserva opere preziosissime anche da un punto di vista scientifico. Nel 1491 Agnolo Poliziano scriveva a Lorenzo il Magnifico, che lo aveva incaricato di reperire importanti manoscritti scientifici, di aver trovato presso Giorgio Valla «alcuni libri di Archimedes... che ad noi mancano». Di quei manoscritti, conosciuti come Codice A, Lorenzo ne fece trarre una copia che è oggi conservata nella Biblioteca Laurenziana e che costituisce l'esemplare più importante del Corpus archimedeo, essendo andato perduto l'originale di Valla. Negli stessi anni Giovanni Lascaris, sempre dietro richiesta di Lorenzo, ritrovò in Grecia la preziosa raccolta di testi medici antichi, fra cui gli scritti di Ippocrate, appartenuta al medico bizantino Niceta, attualmente conservata tra le collezioni della Biblioteca. La Biblioteca possiede inoltre i manoscritti e i codici greci e latini del Monastero di Camaldoli e la Naturalis Historia di Plinio che Cosimo il Vecchio fece acquistare a Lubecca e che costituì il primo codice completo dell'importante enciclopedia naturalistica, in seguito tradotta da Landino.

Costituita dalla famiglia Riccardi nel 1600, ebbe sede sin dal 1670 nel palazzo mediceo di via Larga, l'odierna via Cavour, venduto in quell'anno dalla famiglia granducale ai Riccardi. Aperta al pubblico nel 1715, accresciuta nel patrimonio con prezioso materiale di carattere umanistico risalente al Cinquecento, agli inizi dell'Ottocento passò allo Stato Toscano prima e Italiano poi. Per la raccolta di codici umanistici, di autografi di scienziati e letterati e per gli incunaboli ivi conservati, la Biblioteca Riccardiana è stata considerata quasi un'appendice della Biblioteca Laurenziana, alla quale fu unita per molti anni amministrativamente. Resa autonoma nel 1942, le è stata associata la Biblioteca Moreniana, costituita dallo studioso Domenico Moreni, con la quale la Riccardiana ha ampliato il patrimonio librario relativo alla storia, alla letteratura e all'archeologia della Toscana.

Fra gli esemplari di alto valore scientifico e culturale conservati nella Biblioteca vi è una Historia naturalis di Plinio del secolo X, l'edizione dell'Arcano del Mare di Robert Dudley dedicata a Ferdinando II de' Medici e vari autografi di Pico della Mirandola, Leon Battista Alberti e Agnolo Poliziano.

La Biblioteca ebbe origine dal fondo librario di Antonio Magliabechi, costituito da circa 30.000 volumi e lasciato, nel 1714, alla città di Firenze. Nel 1737 l'amministrazione granducale stabilì che vi fossero depositate le opere edite a Firenze e, nel 1743, estese il precetto a quelle edite in tutta la Toscana. La Biblioteca fu aperta al pubblico nel 1747. Nel 1774 le fu assegnata parte della biblioteca del medico Antonio Cocchi. Consistenti incrementi pervennero a seguito delle soppressioni degli enti ecclesiastici. Nel 1861 le venne accorpata la Biblioteca Palatina, costituita dal Granduca Ferdinando III di Lorena. Nel 1885 assunse il nome di Biblioteca Nazionale e, nel 1875, l'appellativo di Centrale. Dal 1870 ha il diritto di stampa sul territorio nazionale. La Biblioteca, originariamente ospitata nel palazzo della Dogana, attiguo agli Uffizi, fu trasferita nel 1935 nella sede attuale, appositamente costruita. Gravi danni furono causati dall'alluvione del 1966: una parte del patrimonio andò perduto o danneggiato. A seguito dell'evento fu istituito il Centro per il Restauro ancora oggi attivo. La Biblioteca pubblica la Bibliografia Nazionale Italiana ed è sede pilota per l'istituzione del Servizio Bibliotecario Nazionale.

Tra i manoscritti, vi è la preziosa Collezione galileiana e la Raccolta Targioni Tozzetti. Il nucleo principale della Collezione Galileiana, appartenuto a Giovanni Battista Clemente de' Nelli, fu acquistato, nel 1818, da Ferdinando III. Accresciuta di ulteriori manoscritti galileiani, provenienti da biblioteche, archivi e raccolte di privati, ebbe un primo ordinamento da parte dello stesso Granduca. Riordinata da Vincenzo Antinori, la Collezione, costituita da 307 volumi, si articola in cinque sezioni: la prima raccoglie i documenti appartenuti a Vincenzo Galilei; la seconda comprende i manoscritti di Galileo Galilei; la terza sezione possiede alcuni documenti di contemporanei dello scienziato; la quarta conserva i codici di Benedetto Castelli, Bonaventura Cavalieri, Evangelista Torricelli e Vincenzo Viviani, mentre la quinta le carte appartenute all'Accademia del Cimento.

La Raccolta Targioni Tozzetti comprende i manoscritti di Targioni Tozzetti, che entrarono a far parte del patrimonio dalla Biblioteca Nazionale in tempi diversi. Il primo nucleo fu acquistato per la Biblioteca Palatina dal Granduca Leopoldo II nel 1851. Il secondo nucleo, costituito dai manoscritti di Giovanni, Ottaviano e Antonio Targioni Tozzetti, e dalle carte di Pier Antonio Micheli, compreso l'erbario Micheli-Targioni, fu venduto alla Biblioteca Nazionale nel 1894. Le miscellanee della biblioteca Targioni e le opere a stampa dei Tozzetti furono acquistate dalla Magliabechiana nel 1857. L'intera collezione raccoglie accanto a testi di botanica, mineralogia, biologia, geologia, chimica, agricoltura e medicina, anche opuscoli di letteratura, memorie di viaggio ed autografi di personaggi illustri.

La Biblioteca conserva raccolte sette-ottocentesche di piante essiccate, provenienti dai fondi manoscritti degli ordini monastici soppressi tra i secolo XVIII e XIX. Presenta inoltre una coppia di globi (celeste e terrestre), realizzati dal cosmografo veneziano Vincenzo Coronelli nel 1696, dedicati a Guglielmo III d'Orange, re d'Inghilterra.

Emblemi della scienza si trovano anche all'esterno della Biblioteca. Su una delle torrette della facciata (a destra di chi guarda), si trova la statua di Galileo Galilei che sorregge il cannocchiale. Sempre sulla facciata, si trovano una serie di medaglioni dedicati a personaggi famosi. Fra questi, quello di Leonardo da Vinci e ancora di Galileo.