A sinistra della facciata si entra nel Museo Comunale di Santa Maria Novella, di cui fanno parte anche i tre Chiostri Monumentali e il Cappellone degli Spagnoli. Il primo e più antico è il Chiostro Verde, costruito in uno stile romanico-gotico e ultimato dopo il 1350. Le lunette fra le arcate sono affrescate con Storie dell'Antico Testamento in colore verde e rossastro (da ciò il nome) e sono opera di Paolo Uccello e dei suoi scolari, fra cui Dello di Niccolò Delli (eseguite verso il 1430).

Di mano del maestro sono le lunette sul lato destro, quello che fiancheggia la Basilica, con Storie di Noè: in particolare il Diluvio è un capolavoro. Qui si apre l'aula del Capitolo del convento, detto Cappellone degli Spagnoli da quando, nel 1566, la duchessa Eleonora di Toledo lo concesse come luogo di culto ai gentiluomini del suo seguito. L'architettura è di frà Iacopo Talenti (1350-55), la decorazione a fresco, tutta ideata come glorificazione dell'Ordine Domenicano, è l'opera più famosa del pittore Andrea di Bonaiuto (1365-67).

Dal Chiostro Verde si passa al Chiostro dei Morti, che conserva numerose cappelle e affreschi di scuola fiorentina del Trecento (Maso di Banco, Iacopo del Casentino, Orcagna...) e lastre tombali di ogni epoca. Fra queste si nota quella di Quirina Magiotti Mocenni (1847), amata e cantata dal poeta Ugo Foscolo. Dall'andito che mette in comunicazione il Chiostro Verde con il Museo possiamo ammirare attraverso una vetrata il Chiostro Grande, costruito fra il 1340 e il 1360 e composto da ben 56 arcate a tutto sesto. Conserva sulle pareti storie di Santi domenicani dipinte tra la fine del '500 e i primi del '600 dai migliori artisti della corte medicea: Bronzino, Poccetti, Cigoli, Santi di Tito. Questa parte del convento, che comprende anche la Cappella dei papi, è visitabile solo su richiesta in quanto ospita la Scuola Sottufficiali Carabinieri.