Sono conservati, infatti, nel Museo molti strumenti scientifici che risalgono fin al XIII secolo.
Le due famiglie, quella de’ Medici e quella dei Lorena, nutrivano un profondo interesse per la fisica, la matematica, le scienze naturali per cui collezionarono molti strumenti scientifici che fanno parte oggi del Museo della storia della scienza.
Nelle sale sono conservati anche gli strumenti scientifici originali utilizzati da Galileo Galilei.

L'Istituto e Museo di Storia della Scienza è l'erede di una prestigiosa tradizione di collezionismo scientifico che vanta quasi cinque secoli di storia e che si sviluppa intorno alla centrale importanza conferita dai Medici e dai Lorena ai protagonisti e agli strumenti della scienza.

1562 - La Guardaroba Medicea

La collezione medicea di strumenti scientifici fu avviata da Cosimo I (1519-1574) che la sistemò nella Guardaroba di Palazzo Vecchio, oggi nota come “sala delle carte geografiche”. La sala fu decorata tra il 1563 e il 1581 da Egnazio Danti e Stefano Buonsignori che raffigurarono sui 57 sportelli degli armadi la geografia del mondo conosciuto. Sulla parete di fondo fu collocato l'orologio dei pianeti di Lorenzo della Volpaia mentre, secondo il progetto originario, dal soffitto apribile dovevano calare due grandi globi, uno terrestre e uno celeste.

1600 - Lo Stanzino delle Matematiche

 Nel 1600 Ferdinando I (1549-1609) trasferì gli strumenti in un piccolo ambiente della Galleria degli Uffizi che prese il nome di “stanzino delle matematiche”. Giulio Parigi ne decorò la volta raffigurandovi gli strumenti della collezione. Qui e nell'attigua terrazza che già ospitava la grande sfera armillare costruita da Antonio Santucci nel 1593, confluirono gli strumenti del lascito testamentario di Robert Dudley e quelli acquistati in Germania dal principe Mattias de' Medici.

1657 - L'Accademia del Cimento

Con la fondazione dell'Accademia del Cimento (1657), voluta da Ferdinando II (1610-1670) e Leopoldo de' Medici (1617-1675) per studiare sperimentalmente i principi della filosofia naturale, la collezione si arricchì di nuovi strumenti destinati soprattutto allo studio della termometria, della barometria e della pneumatica. L'Accademia operò a Palazzo Pitti, dove furono successivamente trasferiti tutti gli strumenti della collezione medicea.