María se encuentra en el centro, sosteniendo al Niño Cristo, enmarcada por cortinas verdes y flanqueada por dos santos: un anciano con ropas papales a la izquierda y una joven arrodillada a la derecha, mientras que dos querubines alados descansan sus brazos sobre las nubes de abajo. Madonna Sixtina fue encargada por el Papa Julio II para la iglesia de San Sisto en Piacenza, con el requisito de que tanto San Sixto como Santa Bárbara aparecieran junto a la Madonna y el Niño. El análisis de pigmentos ha identificado malaquita y orpimento en la drapería verde, ultramarino natural con blanco de plomo en la túnica azul de María, y una mezcla que incluye amarillo de plomo y estaño y bermellón en la manga de Santa Bárbara.

La pintura fue trasladada a Dresde en 1754 después de ser comprada por Augusto III de Polonia, y más tarde se convirtió en un punto de referencia en los debates alemanes sobre arte y religión. Madonna Sixtina es considerada una de las últimas Madonnas pintadas por Rafael, creada durante el Alto Renacimiento.