Nella sezione sono raccolte una parte di opere d'arte sacra appartenenti al Tesoro della Basilica. Tra i pezzi più importanti esposti nelle teche, si deve ovviamente citare la celebre Corona (pregevole gioiello creato dalla bottega granducale fiorentina in lamina d'oro su lastra di rame e pietre preziose) offerta al santuario nel 1608 dal Granduca Ferdinando I.
Una serie di ex voto che rappresentano cuori, parti anatomiche, neonati in fasce e fedeli oranti, raccontano della religiosità e devozione popolare verso la sacra immagine dipinta della Vergine, un tempo ospitata in un semplice tabernacolo, poi inglobata nel sontuoso altare della chiesa della Fontenuova, costruita nel 1602 per volontà del Granduca.
Una sezione che si "conclude" all'esterno del museo con la visita al Santuario.