Il Museo di Santa Giulia, intitolato al suo ideatore e fondatore Francesco Terreni, raccoglie interessanti opere d’arte sacra, già collocate nella Chiesa, tra cui un’antica tavola di scuola giottesca raffigurante Santa Giulia in piedi, contornata da otto storie della sua vita, un reliquiario in argento e rame dorato, fatto realizzare da Cosimo III nel 1693, in cui è raffigurata la santa innalzata su una fortezza, simbolo della città di Livorno, ed un paliotto in argento dell’orafo Antonio Leonardi, del 1682, nonché oggetti cultuali, quali paramenti liturgici, inginocchiatoi ed arredi.
Il complesso monumentale consta di tre immobili: la Chiesa di Santa Giulia, l’Oratorio di San Ranieri ed il Museo di Santa Giulia.

Il 22 maggio 1602 fu posta la prima pietra della Chiesa, come è attestato dalla lapide nell’atrio; l’edificio - eretto per volontà di Ferdinando I per la Confraternita più antica di Livorno, quella del SS.Sacramento e Santa Giulia, probabilmente nata già nel XIII secolo - fu terminato l’anno successivo. Il disegno fu probabilmente opera di Alessandro Pieroni. La facciata appare spoglia e priva delle statue dei santi che un tempo la adornavano; quelle di San Gennaro e Sant’Antonio furono portate in Seminario mentre quelle di San Pietro e San Paolo furono distrutte durante i bombardamenti della seconda guerra mondiale, quando andarono perduti anche il ricco archivio della Confraternita, gran parte dell’arredo ed il soffitto ligneo. La chiesa, a navata unica, presenta un altare maggiore, realizzato in marmo da Nicolò Carducci nel XVII secolo. Nell’atrio, sulla sinistra, si trova una piccola cappella dedicata alla Madonna di Lourdes, dalla quale, attraverso un corridoio in cui è esposta una tela di Giovan Battista Mercati raffigurante la crocifissione della santa ed una pregevole opera di Francesco Curradi (1570-1661), si accede all’Oratorio di San Ranieri.

L’Oratorio di San Ranieri fu costruito nel 1696 per volere di Cosimo III sopra il vecchio Camposanto di Santa Giulia.  Si presenta come una piccola aula rettangolare voltata; il pavimento a commesso marmoreo è scandito dalle lastre terragne con stemmi; gli stalli lignei addossati alle pareti sono degli inizi del sec. XVIII. Sulle pareti, sei episodi della vita di San Ranieri, inseriti in finte cornici ed inquadrati in architetture dipinte; sopra il cornicione, quattro figure allegoriche: la “Speranza”, la “Temperanza”, la “Fede” e la “Carità”; nella volta, l’ “Apoteosi di San Ranieri”. 

L’altare è caratterizzato dalle marmoree colonne tortili, mentre il sovrastante dipinto è una copia recente (1969) del “Miracolo di San Ranieri”, che si trova nel Duomo di Pisa. Il pavimento, infine, ospita nove sepolture di eminenti cittadini e familiari dei fondatori dell'Oratorio. La presenza della croce patente ad otto punte di colore rosso, propria dell'Ordine dei Cavalieri di Santo Stefano alla base dell'altare, su due lapidi tombali e su alcuni schienali del coro testimonia il fatto che alcuni confratelli o loro familiari, finanziatori della costruzione, erano anche cavalieri stefaniani e vollero quindi lasciare, con questi simboli, memoria della loro appartenenza all'Ordine. 
All’esterno, sul fianco destro, si trova un’immagine marmorea della Madonna proveniente da una chiesa del primitivo villaggio labronico, sovrastata da una lapide dettata da Pietro Vigo a ricordo della fondazione della città. L’ultima guerra danneggiò gravemente gli affreschi della volta e delle pareti, e soltanto al termine di un accurato restauro, l’Oratorio di San Ranieri è stato riaperto al pubblico.