Il dipinto è considerato unanimemente uno dei massimi capolavori dell'arte occidentale per numerose ragioni, prime fra tutte la complessità concettuale e simbolica nascosta dietro l'apparente semplicità dell'immagine e l'unione armonica fra l'ideale di bellezza greco-romana e il sentimento religioso cristiano.

I numerosi spostamenti subiti dall'opera fra Italia, Germania e Russia testimoniano inoltre vari importanti eventi sociali e politici della storia dell'Europa, in particolare durante il XX secolo.

Infine, il dipinto è considerato cruciale per l'evoluzione dei legami fra arte, commercio e industria. La sua alienazione dalla sede sacra per cui era stato dipinto (il convento di San Sisto a Piacenza) e il trasporto nella galleria profana di Augusto III di Polonia ha inoltre suscitato negli intellettuali del XVIII secolo una profonda riflessione sulla mutazione della funzione dell'opera, passata da immagine devozionale a manufatto estetico, generando di fatto la discrepanza che ha portato alla nascita dei concetti distinti, e fino a quel momento inesistenti, di "artigianato" (arti d'uso) e "belle arti" (arti da contemplazione). Inoltre, intorno al 1803 una riproduzione dei due cherubini nella parte bassa del dipinto, separata dal contesto, fu utilizzata per la prima volta come soggetto per stampe e riproduzioni su oggettistica e beni di consumo.

La Madonna Sistina è una delle due sole Madonne di Raffaello in cui Maria guarda direttamente negli occhi lo spettatore insieme alla successiva Madonna della seggiola.

È il 1512 quando il ricco banchiere Agostino Chigi entra nella sua nuova villa “di delizie” che Baldassarre Peruzzi gli costruisce su un terreno circondato da giardini, in una posizione strategica tra via della Lungara e il Tevere. Il Chigi, però, non deve aspettare il completamento della villa per far decorare gli ambienti: le decorazioni pittoriche vanno di pari passo con la costruzione perché vengono effettuate man mano che ogni stanza della villa è pronta. Naturalmente il banchiere non bada a spese e chiama per la sua dimora i migliori artisti di Roma come Sebastiano del Piombo, Giovanni Antonio Bazzi detto il Sodoma, e Raffaello. Quest’ultimo negli stessi anni è già impegnato con gli affreschi in Vaticano per papa Giulio II, per questo accetta di realizzare un solo dipinto a tema mitologico al piano terra della villa. Poiché fin dall’inizio si pensa di dedicare tutta la loggia a Galatea, quello di Raffaello avrebbe dovuto essere il primo di altri affreschi dedicati alla ninfa, ma così non è stato tanto che le altre opere raffigurano scene che non sono legate agli eventi principali del mito. La composizione di Raffaello in passato è stata ritenuta ritoccata o rimaneggiata in più parti anche dall’allievo Giulio Romano, ma dopo i restauri del ‘900 è stata confermata la completa paternità dell’opera all’urbinate.

L'opera, nell'impostazione generale, è palesemente ispirata alla Gioconda (che Raffaello ebbe la possibilità di vedere in quegli anni) ma sicuramente manca di ogni evocazione allusiva o misteriosa tipica della ritrattistica di Leonardo da Vinci, prediligendo la rappresentazione fedele delle caratteristiche umane: infatti la figura si impone come presenza fisica, col viso pieno, con lo sguardo rivolto all'esterno, ben consapevole del prestigio del suo rango sociale.

Raffigurata in sontuose vesti, indossa preziosi gioielli che attestano le sue virtù. La collana portata con fierezza è un gioiello in cui incastonate tre pietre differenti, ognuna con un suo preciso significato: lo smeraldo indica la castità, il rubino indica la carità, lo zaffiro indica la purezza; la grossa perla della collana, a forma di goccia, è infine simbolo di fedeltà matrimoniale^[2]. Il vestito è tipico della moda dell'epoca, con ampie maniche estraibili, di colore azzurro e con damascature visibili in controluce: esempi pressoché identici si trovano anche nei ritratti raffaelleschi della Gravida e della Dama col liocorno. Quest'ultima è stata identificata da qualche storico come la vera Maddalena Strozzi, ipotesi per lo più scartata. Sulle spalle indossa un sottile velo trasparente.

Il dipinto, pur inserendosi nel preciso contesto della ritrattistica rinascimentale, rinuncia a raffigurare i "moti dell'animo", le caratteristiche spirituali e della personalità della donna raffigurata, per dare spazio a una figura più idealizzata e meno realistica rispetto a quella del ritratto del marito Agnolo Doni, come si conveniva ai ritratti femminili, evidenziando l'elevato status sociale.

Il paesaggio collinare è tipico della scuola umbra, con dolci colline che sfumano in lontananza, punteggiate da segni della presenza umana e da alberelli fronzuti.

I colori, sia nella figura che nello sfondo, sono esemplari delle ricerche di Raffaello in quegli anni, intonandosi a gradazioni sempre più corpose e d'effetto.

Sul retro dei due ritratti si trova una rappresentazione a monocromo del mito di Deucalione e Pirra, attribuito a un tardo seguace del Sanzio; in particolare in questa tavola si vede il salvataggio dei due dal diluvio inviato dagli dei.