Maria si trova al centro, tenendo il Bambino Cristo, incorniciata da tende verdi e affiancata da due santi: un uomo anziano in abiti papali a sinistra e una giovane donna inginocchiata a destra, mentre due cherubini alati riposano le braccia sulle nuvole sottostanti. Madonna Sistina fu commissionata da Papa Giulio II per la chiesa di San Sisto a Piacenza, con la richiesta che sia San Sisto che Santa Barbara apparissero accanto alla Madonna e al Bambino. L'analisi dei pigmenti ha identificato malachite e orpimento nel drappeggio verde, ultramarino naturale con bianco di piombo nella veste blu di Maria, e una miscela che include giallo di piombo-stagno e vermiglione nella manica di Santa Barbara.

Il dipinto fu trasferito a Dresda nel 1754 dopo essere stato acquistato da Augusto III di Polonia, e in seguito divenne un punto di riferimento nei dibattiti tedeschi sull'arte e la religione. Madonna Sistina è considerata una delle ultime Madonne dipinte da Raffaello, creata durante l'Alto Rinascimento.