Maria está no centro, segurando o Menino Jesus, emoldurada por cortinas verdes e flanqueada por dois santos: um homem idoso em vestes papais à esquerda e uma jovem ajoelhada à direita, enquanto dois querubins alados descansam os braços nas nuvens abaixo. Madonna Sistina foi encomendada pelo Papa Júlio II para a igreja de San Sisto em Piacenza, com a exigência de que tanto São Sixto quanto Santa Bárbara aparecessem ao lado da Madonna e do Menino. A análise de pigmentos identificou malaquita e orpimento na drapeado verde, ultramarino natural com branco de chumbo na túnica azul de Maria, e uma mistura que inclui amarelo de chumbo-estanho e vermelhão na manga de Santa Bárbara.

A pintura foi transferida para Dresden em 1754, após ser comprada por Augusto III da Polônia, e mais tarde se tornou um marco nos debates alemães sobre arte e religião. Madonna Sistina é considerada uma das últimas Madonnas pintadas por Rafael, criada durante o Alto Renascimento.