La pinacoteca de San Francisco el Grande se encuentra en las dependencias anejas a la iglesia, a las que se accede desde el presbiterio. Se trata de la galería del antiguo claustro, la antesacristía, la sacristía y la sala capitular.
En la galería que rodea el ábside existe una nutrida colección de cuadros de temática religiosa pertenecientes a la Obra Pía o en depósito del Museo del Prado.
Muchos de los cuadros refieren episodios de la vida o milagros de San Francisco, ejecutados por José Camarón Bonanat, Zacarías González Velázquez, Antonio Carnicero y Manuel de la Cruz Vázquez.
El techo de la antesacristía está decorado con una alegoría de Marcelo Contreras que representa El Triunfo de la Iglesia. Tanto en la antesacristía como en la sacristía existe una sillería de madera de nogal La bóveda de la sacristía tiene en su centro un medallón que representa la Coronación de la Virgen, pintado por Marcelo Contreras, al igual que el episodio de la vida de San Francisco que aparece en uno de los lunetos. En el opuesto, la Aparición del Niño Jesús a San Francisco, de Francisco Javier Amérigo.
Por último, en la sala capitular pueden admirarse entre otras obras la Estigmatización de San Francisco y San Antonio de Padua, ambas de Alonso Cano, y San Buenaventura, de Francisco Zurbarán. Todos ellos en depósito del Museo del Prado.
En esta zona de la basílica destacan también las puertas talladas, con tableros de El Paular.
Actualmente, se encuentra en restauración por el departamento de Conservación-Restauración de Pintura de Caballete del Instituto del Patrimonio Cultural de España EL cuadro de Francisco Bayeu, Jubileo de la Porciúncula de San Francisco.
También se encuentra expuesto el cuadro Jesús y la Samaritana recientemente restaurado también por el Instituto del Patrimonio Cultural del España.
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Jesús y la Samaritana. Antes y después de la restauración