En la iglesia de San Francisco se encuentran muchas obras pictóricas que realizadas en épocas distintas, atestiguan la profunda relación de la Orden de los frailes menores con María y evidencian el desarrollo de la iconografía mariana en el tiempo.
La representación más antigua de la Virgen, es un fresco trasladado de las paredes del monasterio a la capilla Martinozzi en el brazo derecho del cruzero. Esta obra fue realizada por el artista senés Lippo Vanni en la segunda mitad del siglo XIV y reproduce en pintura la estructura de un políptico: en el centro se situa la Virgen con el Niño acompañada por cuatro santos; arriba se encuentra Cristo que bendice y los cuatro Padres de la Iglesia mientras que en la predela, se encuentra Cristo piadoso sostenido por la Virgen y San Juan y a los lados, figuras de profetas. La Virgen sostiene al Niño que la abraza con cariño y juega con el velo de la Madre. Esta manera de representar a la Virgen, llamada “Eleousa”, cariñosa, es una de las más antiguas y difundidas en la Edad Media. El artista evidencia la humanidad de los dos personajes: Jesús representado como un niño vivaz que mira hacia el espectador; la Virgen con los labios cerrados y la mirada melancólica, consciente del dramático destino de su Hijo.
Pero no siempre la Virgen y el Niño están representados en esta manera así espontánea. A veces los artistas los representan con una actitud real como por ejemplo en la tabla del 1398 realizada por un pintor contemporáneo de Andrea Vanni y hoy conservada en la primera capilla de derecha del altar mayor un tiempo bajo el patronato de la familia Palmieri. El sillón de la Virgen esta cubierto con una almohada roja, signo real, y el respaldo decorado con un brocado a recuadros azules, rojos y dorados. Las figuras que están en el fondo de oro representa la luz traida al mundo por la Resurrección de Cristo. Madre e hijo miran hacia el espectador en una postura casi idéntica retomada de otra obra maestra del arte senés: la Majestad de Duccio de Buoninsegna realizada en 1308-11 para la Catedral de la ciudad. María está envuelta en un manto azul del cual sobresale, a la derecha de su espalda, una estrella dorada, símbolo de virginidad. La Virgen muestra a su Hijo que, sacrificando su vida, salva a los hombres. La pintura, muy perjudicada durante el incendio del 1655 ha sido restaurada en el 2005 gracias a las donaciones del Círculo de los Unidos de Siena.
Por último, otra representación de la Virgen con el Niño se encuentra en la última capilla del brazo de izquierda del cruzero. El fresco, realizado por Jacopo de Mino a finales del siglo XIV, representa a la Virgen sentada en un trono arquitectónico, envuelta en un gran manto azul que se cierra el pecho con un broche dorado. El Niño Jesús, envuelto con un elegante vestido rosa, está sentado en los brazos de su madre apretando la mano con la izquierda mientras con la derecha cumple un gesto de bendición. La cara de la Virgen está rodeada por una auréola dorada en relieve y visible también alrededor de la cabeza del Niño donde aparece decorada por una cruz roja que tiene una inscripción.