Le palais Pitti est aujourd'hui le plus grand ensemble de musées de Florence. Le bâtiment principal, appelé « corps de logis », s'étend sur 32 000 m2. Il abrite plusieurs galeries et musées dont on trouvera un descriptif ci-dessous.
La Galerie Palatine, au premier étage, l'« étage noble » (piano nobile), contient un vaste ensemble de quelques cinq cents peintures, essentiellement de la Renaissance, qui firent jadis partie de la collection d'art privée des Médicis et de leurs successeurs. La galerie, qui déborde sur les appartements royaux, contient des œuvres de Raphaël, du Titien, du Corrège, de Rubens et de Pierre de Cortone. La galerie conserve encore le caractère d'une collection privée et les œuvres d'art sont présentées et disposées pour l'essentiel comme elles l'auraient été dans les salles d'apparat auxquelles elles étaient destinées plutôt qu'en suivant une séquence chronologique, ou selon les écoles auxquelles appartiennent les tableaux.
Les plus belles salles ont été décorées par Pierre de Cortone dans le style baroque. Pierre de Cortone avait initialement orné une petite pièce du piano nobile appelée Sala della Stufa par une série de fresques décrivant les quatre âges de l'homme qui reçut un accueil très favorable ; L'Âge de l'or et L'Âge de l'argent furent peints en 1637, suivis en 1641 par L'Âge du bronze et L'Âge du fer. On les considère comme faisant partie de ses chefs-d'œuvre. L'artiste fut par la suite prié de décorer de fresques les salles de réception du grand-duc, enfilade de cinq pièces sur le devant du palais. Dans ces cinq salles « des Planètes », la suite hiérarchique des divinités est fondée sur la cosmologie ptolémaïque : Vénus, Apollon, Mars, Jupiter (la salle du trône des Médicis), et Saturne, mais en omettant Mercure et la Lune qui auraient dû se trouver avant Vénus. Ces plafonds richement ornés de fresques et de stucs ouvragés rendent essentiellement hommage à la lignée des Médicis et à leur capacité à être des dirigeants vertueux. Pierre de Cortone quitta Florence en 1647, et son élève et collaborateur, Ciro Ferri, acheva le cycle vers les années 1660. Ils devaient inspirer plus tard l' « Appartement des Planètes » du château de Versailles, conçues par Charles Le Brun.
La collection fut ouverte au public pour la première fois à la fin du XVIIIe siècle, non sans quelques réticences, par le grand-duc Pietro Leopoldo, le premier monarque éclairé de la Toscane, fort soucieux d'obtenir le soutien populaire après la chute des Médicis.
Les appartement royaux sont un ensemble de quatorze pièces, utilisées autrefois par la famille Médicis et par leurs successeurs. Ces pièces ont été largement modifiées depuis le règne des Médicis, et jusqu'à plus récemment, au XIXe siècle. Elles contiennent une collection de portraits des Médicis, la plupart par Giusto Sustermans. À la différence des grands salons contenant la collection Palatine, certaines de ces salles sont beaucoup plus petites et plus intimes, et, même si elles sont grandioses et dorées, elles s’avèrent plus adaptées aux exigences de la vie courante. L’ameublement de l’époque comprenait des lits à baldaquin et d’autres pièces d’ameublement que l’on ne trouve nulle part ailleurs dans le palais. Les rois d’Italie sont les derniers à avoir utilisé le palais Pitti dans les années 1920. Cependant, dans ces années-là, il était déjà transformé en musée, mais une suite de pièces (maintenant la Galerie d’Art Moderne déplacée depuis un palais de la Piazza della Signoria) était réservée à leur usage quand ils visitaient Florence officiellement.
Cette galerie prend son origine dans la refonte de l’Académie de Florence en 1748, quand une galerie d’art moderne est mise en place. La galerie est supposée exposer les œuvres d’art ayant gagné les compétitions de l’Académie. À cette époque, le palais Pitti est en cours de re-décoration et les nouvelles œuvres d’art sont rassemblées pour décorer les salons. Au milieu du XIXe siècle, les peintures d’art moderne du grand-duc sont si nombreuses que certaines sont transférées au palais Croncetta, qui devint le premier lieu hébergeant le « Musée d’Art Moderne ».
Après le Risorgimento et l’expulsion de la famille du grand-duc du palais, l’ensemble des œuvres d’art moderne sont rassemblées sous un seul toit : « La Galerie Moderne de l’Académie ». La collection continue ensuite de s’agrandir, et plus particulièrement sous le patronage de Victor Emmanuel II. Toutefois, ce n’est qu’en 1922 que la galerie est déménagée au palais Pitti et que la collection est complétée avec des œuvres appartenant à l’État ou à la municipalité de Florence. Elle est logée dans des appartements libérés récemment par la famille royale italienne. La galerie est ouverte au public pour la première fois en 1928.
Aujourd’hui, agrandie et occupant 30 pièces, cette immense collection inclut des œuvres d’artistes du mouvement Macchiaioli et d’autres écoles modernes italiennes de la fin du XIXe et du début du XXe siècle. Les peintures de l’école Macchiaioli méritent une mention particulière, ces peintres toscans du XIXe siècle menés par Giovanni Fattori étant les pionniers et les fondateurs du mouvement impressionniste. L’appellation « Galerie d’Art Moderne » peut sembler incorrecte car les œuvres exposées couvrent la période entre 1700 et début 1900. Ceci est dû au fait, que « l’art moderne » en Italie s’arrête avant la Deuxième Guerre mondiale, les œuvres suivantes étant assimilées à de « l’art contemporain » (arte contemporanea). En Toscane, on le trouvera au Centre pour l’art contemporain de Luigi Pecci à Prato, une ville située à 15 km de Florence.
Le Musée de l’Argenterie, appelé parfois « le Trésor des Médicis », contient une collection d’argenterie inestimable, de camées et d’objets en pierre semi-précieuses, ces derniers provenant pour la plupart de la collection de Lorenzo de Médicis. On retrouve aussi sa collection de vases anciens, dont certains possèdent de délicates montures en vermeil, ajoutées au XVe siècle pour qu’ils soient exposés.
Il contient également une collection d’objets allemands, en or et en argent, achetés par le grand-duc Ferdinand après son retour d’exil en 1815.
Les pièces du musée, faisant auparavant partie des appartements privés royaux, sont décorées avec des fresques du XVIIe siècle, la plus belle étant celle de Giovanni da San Giovanni, peinte entre 1635 et 1636.
Ouvert en 1973, le musée est installé dans le « Casino del Cavaliere » dans les jardins de Boboli. Les porcelaines proviennent des ateliers européens de porcelaine les plus renommés, parmi lesquels Sèvres, Meissen et Dresde.
Certaines pièces de la collection sont des cadeaux offerts aux dirigeants florentins par des souverains européens alors que d’autres ont été spécialement commandées par la cour du grand-duc. On remarquera plus particulièrement plusieurs services produits par l’atelier de Vincennes, qui sera plus tard rebaptisé « Manufactures de Sèvres », et une collection de petites figurines en biscuit (porcelaine sans glaçure, cuite au demi-grand feu).
Fondée en 1983 par Kristen Aschengreen Piacenti et installée dans les appartements Méridiana (« Palazzina della Meridiana »), une suite de quatorze pièces qui ont vu le jour sous Ferdinand III et ont été terminées en 1858, la galerie des costumes est l’une des plus récentes collections du palais.
Cette galerie contient une collection de costumes de théâtre datant du XVIe siècle à nos jours. C’est aussi le seul musée en Italie détaillant l’histoire de la mode italienne. Elle présente des vêtements portés du XVIIIe siècle à nos jours. Certaines pièces sont exclusives au palais Pitti : des vêtements portés par le grand-duc Cosme de Médicis et par Eléonore de Tolède et son fils Garzia. La galerie expose également une collection de bijoux fantaisies du milieu du XXe siècle.
Dans le « Salone della Meridiana », juste à côté de l’entrée de la Galerie des costumes, on peut voir une fresque de Anton Domenico Gabbiani. Cette fresque peinte au plafond a la particularité d’avoir été percée d'une ouverture (aujourd’hui rebouchée) laissant passer les rayons de lumière et servant à mesurer la hauteur du soleil.
Ce musée, au rez-de-chaussée, expose des carrosses et autres moyens de transports utilisés par la cour du grand-duc durant le XVIIIe et le XIXe siècle. L’étendue de l’exposition fit dire à un visiteur du XIXe siècle : « C’est extraordinaire, comment ont-ils pu trouver de la place pour tous ces carrosses et chevaux ? ». Certains carrosses sont richement décorés, ornés non seulement de dorures mais également de peintures sur leurs panneaux. Ceux qui étaient utilisés pour les plus grandes occasions, comme le « Carrozza d'Oro » (le carrosse d’or) sont surmontés de couronnes dorées qui devaient indiquer le rang et la condition sociale des occupants. D’autres carrosses exposés ont été utilisés par le roi des Deux-Siciles, l’archevêque et d’autres dignitaires florentins.