Fu Francesco Todeschini Piccolomini, futuro papa Pio III, che nel1502 decise di costituire una biblioteca nella canonica del Duomo di Siena per rendere omaggio allo zio materno, Enea Silvio Piccolomini. Lo zio, passato alla storia come Papa Pio II, era stato un grande umanista e aveva raccolto un imponente patrimonio librario. La decorazione di questo spazio lungo il fianco nord-occidentale del Duomo venne affidata a Bernardino di Betto, detto il Pinturicchio che, coadiuvato dalla propria bottega, completò il ciclo di affreschi tra il 1503 e il 1508. I colori sfavillanti e le scene fiabesche con meravigliosi paesaggi e lussuose scene di corte raccontano in immagini la vita di Enea Silvio Piccolomini in una precisa successione cronologica, dalla giovinezza alle fasi salienti del suo pontificato sino alla morte.
La ricca decorazione della Libreria Piccolomini si estende anche alla volta decorata prevalentemente a grottesche. Due riquadri al centro raffigurano due scene mitologiche: Diana ed Endimione e Il ratto di Proserpina. Il cuore della volta è occupato dallo stemma del cardinale Todeschini Piccolomini. Tutt’intorno si sviluppano altri riquadri più piccoli dedicati ad altre motivi mitologici quali thiasos marini, scene bucoliche e di baccanali.
Al centro della Libreria Pio III fece collocare una copia in marmo di epoca romana (III secolo) del gruppo delle Tre Grazie che aveva acquisito a Roma dal cardinale Prospero Colonna e che era inizialmente destinata al proprio palazzo romano.