All'incrocio fra transetto e navata sinistra si apre la sacrestia, costruita nel 1380 dalla famiglia Cavalcanti come Cappella dell'Annunciazione e situata in quella che era un tempo la zona absidale della primitiva chiesa, Santa Maria delle Vigne. Oggi la sala è un vero e proprio museo. Gli armadi sono stati disegnati nel 1593 da Bernardo Buontalenti mentre il grande lavabo a destra della porta, racchiuso da un'edicola di terracotta invetriata, è fra i capolavori di Giovanni della Robbia (1498).

Sulle pareti quadri del '500 e '600 fiorentino Giorgio Vasari, Giovanni Strada, Pietro Dandini...) ma soprattutto un Cristo in croce, opera giovanile di Giotto, un tempo sull'altar maggiore della chiesa (al momento è in restauro nei laboratori dell' Opificio delle Pietre Dure). Qui il maestro applica, un secolo prima della loro riscoperta, le regole delle proporzioni stabilite dall'architetto romano Vitruvio (I secolo d.C.): se si pone la punta di un compasso sull'ombelico della figura si nota infatti che il cerchio passa per le mani e per i piedi.