La scultura rinascimentale a Prato è segnata dalla personalità artistica di Donatello, chiamato nel 1428 insieme a Michelozzo a realizzare il pulpito esterno del Duomo, per l’ostensione della Sacra Cintola. La genialità dell'artista, che si era già espressa in una originalissima Madonna e il Bambino, esposta nella collezione, lo portò a ricreare la celeberrima danza dei putti, scatenata e gioiosa, che Vasari definì «un ballo di fanciulli [...] sì belli e sì mirabili». Creazione nuova e “capricciosa”, il pulpito influenzò profondamente non solo importanti scultori come Maso di Bartolomeo, ma anche i due geniali pittori che operarono poco più tardi per la Cattedrale: Paolo Uccello e Filippo Lippi.

Ai capolavori descritti fecero seguito in città, soprattutto intorno al cantiere della Cattedrale, importanti opere dei maggiori scultori del Rinascimento fiorentino, da Mino da Fiesole e Antonio Rossellino, impegnati nel pulpito interno della Cattedrale, a Benedetto da Maiano, che con i fratelli ebbe anche possedimenti a Prato (da lì viene la bellissima Madonna dell’Olivo, ora in Cattedrale), e produsse con la sua fiorente bottega, per le ricche dimore fiorentine e pratesi, raffinati tabernacoli da devozione domestica – alcuni qui esposti – che furono a lungo riprodotti. Infine Andrea della Robbia, che lasciò a Prato incantevoli testimonianze della nuova tecnica della terracotta invetriata - inventata da suo zio Luca - in Duomo, Santa Maria delle Carceri, San Lodovico e in Sant’Antonino, la cui lunetta con splendido festone di frutta impreziosisce il museo.