Die Abteilung für die byzantinische-mittelalterliche Kunst konnte im Zuge der neuen Verordnung der Vatikanischen Museen im Jahr 2008 ihre heutige Gestalt annehmen. Damals wurde sie von der Abteilung für die byzantinische mittelalterliche und moderne Kunst gelöst und mit der Sorge für das künstlerische Erbe der Museen und des Apostolischen Palastes betraut, das die Zeit zwischen dem ausklingenden Hochmittelalter und der Spätgotik betrifft, Ikonen mit eingeschlossen.
Aufgabe der Abteilung ist es, die Reste des Mauerwerks und der Dekorationen des alten päpstlichen Vatikanpalastes zu erhalten, zu verbessern und zu studieren.
Für dessen Gründung und allmähliche Erweiterung zeichneten vor allem die Päpste Eugen III. (1145-1153), Innozenz III. (1198-1216) und Nikolaus III. (1277-80) verantwortlich.
Von den damaligen Wandmalereien sind nur noch wenige Fragmente erhalten, die im Zuge späterer Arbeiten ans Tageslicht kamen. Die ältesten Fresken befinden sich im ersten Stock des Turms von Innozenz III.; fragmentarische Friese des großzügig angelegten Dekorationsprojekts, das Nikolaus III. In Auftrag gab, finden sich dagegen in verschiedenen Räumen des von ihm errichteten Palastes (heute „Sala della Falda“, Cubiculum von Nikolaus V., Sala Vecchia degli Svizzeri, Saal der Chiaroscuri). Im Erdgeschoss sind vom alten Palast noch der „Marescalcia“-Saal und die Kornspeicher erhalten.

Die Abteilung ist für den Erhalt der mittelalterlichen beweglichen Kunstwerke und des Mauerwerks der vier wichtigsten römischen Basiliken zuständig.
Besonderes Augenmerk gilt der mittelalterlichen Gemäldesammlung, die in den ersten beiden Räumen der Pinakothek ausgestellt ist, darunter die großen Meister der Malkunst jener Zeit (Margaritone, Simone Martini, Lippo Memmi, Ambrogio Lorenzetti, Giotto, Puccio Capanna, Vitale da Bologna), aber auch des frühen 15. Jahrhunderts (Gentile da Fabriano, Olivuccio di Ciccarello, Sano di Pietro und Giovanni di Paolo). Seit 1978 befinden sich die Ikonen in Saal XVIII, der der  sakralen Kunst des Ostens gewidmet ist. Fast alle Gemälde stammen aus dem Museo Sacro der Vatikanischen Apostolishen Bibliothek, wo die Sammlung 1820 begründet wurde, um durch diese wertvollen ikonographischen Zeugnisse Ursprung und Geschichte des Christentums zu dokumentieren. Der heilige Papst Pius X. (1903-1914), der ihren künstlerischen Wert erkannte, ließ diese erste Kunstsammlung, die „Primitiv Sammlung“, in die vatikanische Pinakothek (1909) verlegen. Das heutige Gebäude, das nach modernsten Konservierungskriterien der damaligen Zeit erbaut wurde und in dem alle Gemälde der alte Pinakothek (1932) untergebracht sind, haben wir Pius XI. (1922-1939) zu verdanken.