Une des peintures les plus connues de Duccio, la Madone Rucellai, se trouve dans la Galerie des Offices. Elle fut réalisée en 1285 pour l'église Santa Maria Novella à Florence. Dans l'Enciclopedia Cattolica, Duccio di Buoninsegna est défini comme "un des maîtres les plus illustres de la peinture italienne". Son chef-d'œuvre a été initialement attribué à Cimabue (1240-1302) et puis correctement restitué au grand peintre siennois. Lui et Cimabue sont considérés les derniers grands représentants de l'ancienne tradition byzantine. Duccio était un peintre parmi les plus influents, à Sienne, Cimabue l'était à Florence.
Avant l'attribution définitive à Duccio de la Madone Rucellai, sa renommée était liée au grand retable d'autel qu'il peignit pour la cathédrale de Sienne: la Vierge en Majesté, une œuvre monumentale où la Vierge à l'Enfant est assise sur un trône, avec vingt anges et dix-neuf saints. Cette peinture montre des analogies avecla Madone Rucellai, qui a été exécutée avant. Quand elle a été exposée pour la première fois, il y a eu une grande fête à Sienne, une ville qui à l'époque vivait une période de grande prospérité. Actuellement, l'œuvre est gardée dans le Musée de l'Opera metrolipolitana del Duomo, à Sienne. La représentation est complexe et illustre les scènes de la vie de Jésus avec beaucoup d'images qui se refèrent à son enfance et à la vie de la Vierge aussi.
Duccio exécuta de nombreuses peintures concernant la Vierge à l'Enfant, à nos jours il en reste une vingtaine. Une de ces peintures, attribuée à d'autres artistes aussi, la Madone Stoclet, a été l'acquisition la plus chère du Metropolitan Museum of Art di New York. Toutes ses œuvres sont des peintures réligieuses réalisées avec la technique de la tempera au jaune d'œuf.