Una delle opere più acclamate di Duccio, la Madonna Rucellai, si trova alla Galleria degli Uffizi. Fu realizzata nel 1285 per la chiesa fiorentina di Santa Maria Novella. Nell'Enciclopedia Cattolica Duccio di Buoninsegna è descritto come "uno dei più illustri maestri della pittura italiana". Il suo capolavoro era un tempo attribuito a Cimabue (1240-1302), ma successivamente ci si rese conto che Duccio era stato uno dei primi maestri del periodo. Lui e Cimabue sono considerati gli ultimi grandi rappresentanti dell'antica tradizione bizantina. Duccio un pittore senese tra i più influenti, Cimabue gli fece concorrenza a Firenze.
Prima che gli venisse giustamente attribuita la Madonna Rucellai, la gloria di Duccio era dovuta alla grande pala d'altare realizzata per la cattedrale di Siena. La parte frontale del pannello, la Maestà, è un'opera celebrativa che ritrae la Vergine e il Bambino in trono, attorniati da venti angeli e diciannove santi. L'opera ha molto in comune con la Madonna Rucellai, anche la Maestà viene considerata successiva. È un capolavoro nazionale; quando venne svelata per la prima volta, fu accompagnata da grandi festività intorno a Siena, che al tempo attraversava un periodo di grande prosperità. Attualmente l'opera si trova al Museo dell'Opera metropolitana del Duomo, a Siena. La rappresentazione è complessa, e contiene venti scene dalla vita di Gesù, con molte aggiunte riguardanti l'infanzia e la vita della Vergine.
Duccio realizzò numerose opere sulla Vergine e il Bambino, oggi ne restano circa una ventina. Una di queste, anche se è stata contestata da alcuni, la Madonna Stoclet, ha rappresentato la spesa più alta mai affrontata dal Metropolitan Museum of Art di New York. Tutte le sue opere hanno carattere religioso, e la maggior parte è stata dipinta con pigmenti ricavati da tempera d'uovo.