Eine der höchsten Errungenschaften von Duccio ist sein Werk der Rucellai Madonna, heute in den Uffizien. Es wurde 1285 für die Florentiner Kirche Santa Maria Novella gemaht und wird von der Katholischen Enzyklopedie als "eines der höchst illustren Exemplare der italienischen Malerei." Einst wurde angenommen, es sei das Werk von Cimabue (1240 – 1302), während heute Duccios Name als einer der frühen Meister dieser Periode genannt wird. Cimabue und Duccio werden beide als die letzten großen Maler der antiken byzantinischen Tradition angesehen. Während Duccio der wichtigste Maler in Siena wurde, war Cimabue sein größter Konkurrent in Florenz.
Das große Altargemälde wurde für die Kathedrale von Siena realisiert. Das zentrale Bild, die Maestà, ist ein gefeiertes Motiv, das die Jungfrau mit dem Kind auf einem Thron darstellt, umringt von 20 Engeln und 19 Heiligen. Das Gemälde ist ein nationales Meisterwerk, als es zum ersten ausgestellt wurde, wurde die Zeremonie mit großen Festlichkeiten um Siena herum begleitet. Die Stadt konnte sich in dieser Zeit an großem Wohlstand erfreuen. Zur Zeit befindet sich das Werk im Museo dell'Opera metrolìpolitana del Duomo, in Siena. Die Darstellung ist komplett und beinhaltet zwanzig Szenen aus Jesu Leben, viele aus der Kindheit und dem Leben der Jungfrau.
Duccio realisierte zahlreiche Werke mit Motiven der Jungfrau und dem Kind, heute bleiben noch circa zwanzig übrig. Eines von ihnen, heute auch Madonna Stoclet genannt, hat das Metropolitan Museum of Art in New York die höchsten Kosten verursacht. Alle seine Werke sind von religiösem Charakter und der größte Teil aus Pigmenten aus Eitempera.