Ubicado en dos edificios, Palazzina Uzielli y Castello dei Conti Guidi, con más de 60 modelos de máquinas y herramientas con referencias precisas a los códigos de Leonardo, el museo es una de las más grandes y originales colecciones dedicadas a Leonardo da Vinci, arquitecto, tecnólogo e ingeniero. Atravesando la enigmática Piazza dei Guidi, rediseñada en 2006 por el artista Mimmo Paladino, se llega al Palazzina Uzielli que alberga la taquilla y las primeras salas dedicadas a las máquinas utilizadas en la construcción, los textiles y la relojería. En el interior del Castillo de los Conti Guidi se exponen los ncúleos originales y la colección de los "inventos" más famosos de Leonardo: aquí se encuentran las máquinas de guerra futuristas, el ala de golpeo, el tanque motorizado y en la gran Sala del Podestà, la maqueta de trabajo a escala 1:2 de la grúa con la que Brunelleschi completó la cúpula del Duomo de Florencia. El Castillo también alberga una sala entera dedicada a los estudios menos conocidos que Leonardo emprendió en el campo de la óptica y que constituyeron la base de su técnica pictórica. En primavera y verano es posible visitar la terraza panorámica en la cima de la torre del Castillo para disfrutar de la vista de la colina del Montalbano y del fértil paisaje del río Arno.