Gli esemplari della collezione furono raccolti tra il 1866 ed il 1911 per conto della marchesa Marianna Panciatichi Ximenes d'Aragona Paolucci, illustre malacologa fiorentina e grande appassionata di ornitologia che, nel 1927, ne fece dono al Comune di San Gimignano. Buona parte di essi proveniva dalla tenuta della Villa del Monte dove erano stati allestiti due roccoli che permettevano di catturare con reti gli uccelli attirati dai richiami.

La preparazione tassidermica degli uccelli fu affidata a Riccardo Magnelli, imbalsamatore del Museo della Specola di Firenze, mentre alcuni esemplari furono imbalsamati da Dal Nero, famoso tassidermista veronese che si era occupato della preparazione degli uccelli appartenenti alla collezione Arrigoni degli Oddi, una delle più belle e complete del mondo, oggi conservata nel Museo Civico di Zoologia di Roma. Arrigoni, nipote della marchesa Paolucci, collaborò attivamente all'allestimento della collezione di San Gimignano donando numerosi esemplari e prestando la propria consulenza nel caso di individui di incerta attribuzione.

La collezione originaria era formata da 1260 esemplari. Ne sono rimasti 696 appartenenti a 253 specie diverse. L'allestimento attuale, composto da 371 esemplari, è sistemato dal 1990 nella piccola chiesa di San Francesco ed è stato curato dal Dipartimento di Biologia Ambientale dell'Università degli Studi di Siena e dall'Istituto Nazionale di Biologia della Selvaggina.

La Spezieria fa parte, insieme al Museo Archeologico e alla Galleria d'Arte Moderna e Contemporanea "R. De Grada", dei Musei Civici di San Gimignano, ospitati nell'ex Conservatorio di Santa Chiara.

La sua origine è molto antica, perché è collegata direttamente all'Ospedale di Santa Fina, fondato all'indomani della morte della Santa (12 marzo 1253) grazie alle offerte dei pellegrini e all'intervento del Comune che ne promosse la costruzione e ne assunse il patrocinio. L'Ospedale accrebbe rapidamente il suo patrimonio grazie a donazioni che consentirono acquisti di terre, di case e di mulini e, nel corso del Quattrocento, accorpò anche altri piccoli ospedali. Nel 1584 passò alle dipendenze del Magistrato del Bigallo di Firenze sotto il quale rimase fino al 1777. Nel 1816 fu infine accorpato allo Spedale di Santa Maria della Scala di Siena.

Intorno al 1505, all'interno dello Spedale, furono adibiti a spezieria due locali che nel corso del tempo, in particolare tra il 1679 e il 1685, furono ampiamente ristrutturati: lo spazio a disposizione occupò quattro ambienti e la farmacia divenne accessibile al pubblico. L'ultimo ampliamento, su sette ambienti, è del 1876, ma pochi anni dopo la farmacia fu soppressa.

Tra i rendiconti delle spese effettuate al tempo delle grandi epidemie di peste (1630-33), si leggono curiose testimonianze dei rimedi preparati nella farmacia e applicati durante l'epidemia. Centinaia di libbre di miele furono usate come lenitivo e anticatarrale. Una notevole quantità di viole mammole, oltre che essere parte in vari medicamenti, dovevano essere impiegate per disinfettare ed odorare gli ambienti chiusi dello Spedale. Si riteneva, infatti, che il contagio avvenisse attraverso l'aria miasmatica e, quindi, un grandissimo numero di ricette riguardava la fabbricazione di pomi odoriferi da accostare alle narici per "filtrare" l'aria da respirare. Inoltre, per evitare che il "veleno" inalato si mescolasse con la saliva, si consigliava di masticare radici amare che disinfettavano il cavo orale, e si prescrivevano preparati sudoriferi o purganti per espellere il "veleno" attraverso la traspirazione o per via intestinale.

Oggi la raccolta della farmacia comprende prevalentemente vasi in ceramica (dalla seconda metà del Quattrocento al Seicento provenienti dalle manifatture di Montelupo Fiorentino) e contenitori in vetro (dal Seicento all'Ottocento) con preparati medicamentosi, oltre a suppellettili e arredi. L'esposizione occupa un piccolo corridoio e due sale, una delle quali riproduce la farmacia con gli scaffali e il bancone dell'Ottocento, mentre l'altra presenta la ricostruzione del laboratorio.

La Fonte delle Fate, o di Vallepiatta, unica testimonianza architettonica della sovrastante Poggio Bonizio, rappresenta per dimensioni la più grande fontana pubblica di travertino di tutto il territorio senese, oltre a costituire uno straordinario esempio di archeologia idraulica medievale. Edificata intorno ai primi anni del secolo XIII, probabilmente ad opera dello sconosciuto "Magister lapidum" Balugano da Crema, fu interrata nel 1484 per far posto al cantiere della Fortezza Medicea voluta da Lorenzo il Magnifico. Nel 1803, in seguito ad un lavoro di escavazione, fu riportata alla luce e successivamente restaurata. È formata da un portico di sei arcate doppie a sesto acuto sostenute da pilastri. Un sistema di canalizzazioni consente di raccogliere le acque della collina nelle vasche che si trovano all'interno. Oggi la fonte, situata in un parco archeologico-ambientale, è inserita negli itinerari dei borghi e dei castelli della zona.

Ospitato da 1997 all'interno del Palazzo del Pretorio, il Museo di Paleontologia è gestito dal Laboratorio "F.C. Marmocchi" la cui costituzione, avvenuta per iniziativa di alcuni volontari con il patrocinio dell'Amministrazione Comunale, risale al 1988. Il Museo è suddiviso nelle sezioni di "Paleontologia", "Evoluzione dell'uomo" e "Archeologia".

La collezione paleontologica comprende interessanti reperti fossili provenienti da varie località del territorio del Valdarno, tra cui mini e microfossili esaminabili con lenti di ingrandimento. Sono anche esposti i resti ossei di alcuni animali, tra i quali le vertebre e le costole di una balena. La sezione "Evoluzione dell'uomo" mostra, invece, grazie all'ausilio di pannelli esplicativi e di calchi di pre-ominidi e ominidi, l'evoluzione umana fino ad epoca moderna. Nella sezione archeologica si conservano, infine, i resti della tomba del Cucule di età eneolitica, in deposito dalla Soprintendenza Archeologica della Toscana.