Les primitifs italiens du musée des Augustins sont peu nombreux mais de très belle qualité : Le Christ en croix, la Vierge, saint Jean et Madeleine de Lorenzo Monaco et Neri di Bicci a été acheté par Alexandre Du Mège en 1838 ; Le Christ en croix où le cardinal Guilhem Peire Godin figure au pied de la croix, fut peint sur les deux faces par un maître italien du XIVe siècle et provient des Jacobins de Toulouse. Ces oeuvres confirment la réputation de capitale artistique de Toulouse. À ces tableaux se sont ajoutées quelques pièces de la collection réunie par le marquis Campana et des dépôts de l'état qui enrichissent le fonds des XIVe et XVe siècles.

La pièce maîtresse des collections du XVIe siècle est un panneau de Pérugin, Saint Jean l'évangéliste et saint Augustin, faisant partie d'un polyptyque aujourd'hui démembré entre les musées de Lyon, Caen et Toulouse, provenant de l'église Saint-Augustin de Pérouse. Peint vers 1500-1525, ce tableau témoigne peut-être, par la douceur des modelés et la monumentalité de la composition, de l'influence du jeune Raphaël.