Козимо I Медичи стал владетелем города Сиена
Во второй половине XIV — середине XV века в Сиене продолжилось развитие изобразительного искусства. Большое влияние оказала флорентийская школа живописи, благодаря которой в сиенское искусство проникли элементы реализма и гуманистическая направленность эпохи Раннего Возрождения.
Однако, в отличие от Флоренции, в изобразительном искусстве Сиены этого периода продолжали господствовать лирические и мистические настроения, повышенное внимание уделялось декоративным элементам письма. Крупнейшими представителями сиенской школы живописи Раннего Возрождения стали Джованни ди Паоло, Сассетта, Веккьетта, Доменико ди Бартоло, Франческо ди Джорджо и Сано ди Пьетро. В области скульптурного искусства наиболее выдающимся сиенцем эпохи Раннего Возрождения был Якопо делла Кверча, автор фонтана на Пьяцца-дель-Кампо и предшественник Микеланджело. В Сиене также одно время работал великий флорентийский скульптор Донателло. Тем не менее, несмотря на развитие достижений Возрождения в скульптуре и архитектуре Сиенской республики, неблагоприятная экономическая и политическая ситуация препятствовала превращению Сиены в столь же крупный центр ренессансной архитектуры, каким в XV веке стала Флоренция. Это позволило городу сохранить свой позднесредневековый облик.
В период Высокого Возрождения Сиена была оттеснена на периферию итальянского искусства. Тем не менее в это время продолжалось развитие сиенской школы живописи и под влиянием маньеризма возникло оригинальное искусство Доменико Беккафуми.
Вместе со смещением Фабио Петруччи в 1524 г. из Сиены были изгнаны и торговая олигархия партии новески. Это вызвало войну с папой Климентом VII и Флорентийской республикой. Папско-флорентийские войска вторглись на территорию Сиены. Однако для защиты страны объединились все противоборствующие политические группировки. Патриотический подъём позволил сиенскому ополчению в 1526 г. одержать крупную победу в сражении при Порта-Камоллии. В то же время новое правительство Сиенской республики, в которое вошли представители всех партий, кроме новески, обратилось за поддержкой к императору Карлу V. Император взял Сиену под своё покровительство, что обеспечило безопасность республики. В 1527 г. Рим был захвачен имперской армией, а во Флоренции были свергнуты Медичи.
Испанская оккупация 1555 г. означала конец Сиенской республики. В 1557 г. её территория была передана флорентийскому герцогу Козимо I и вошла в состав великого герцогства Тоскана. Основные республиканские органы были сохранены, но лишились политической власти. Правительственная балья стала назначаться герцогом. Тем не менее на протяжении двух столетий в Сиене сохранялась определённая автономия в составе великого герцогства Тосканы, которая была упразднена только централизаторскими реформами Петра Леопольда в конце XVIII века.
После потери независимости территория Сиены вошла в 1557 г. в состав великого герцогства Тоскана. Великое герцогство распалось на период с 1801 по 1815 год в результате наполеоновских войн. В 1801 году по Аранхуэсскому договору на его территории было создано королевство Этрурия, в 1808 оно было сделано французской провинцией. В 1809 году сестра Наполеона Элиза была назначена штатгальтершей в Этрурии с титулом великой герцогини Тосканской. В 1814 году Тоскана была возвращена великому герцогу Фердинанду III.