Il gruppo è specializzato nello studio della polifonia rinascimentale sacra e profana, ma si dedica comunque ad un repertorio variegato, che spazia dal canto gregoriano alla lauda, dalla polifonia classica antica, alla coralità romantica, moderna e contemporanea.
Esclusivamente formato da dilettanti, il coro svolge intensa attività didattica e concertistica, sia in Italia che all'estero. È il Coro a Cappella della Basilica Cateriniana di S.Domenico in Siena, dove svolge attività di accompagnamento musicale alle cerimonie più solenni.
I Madrigalisti Senesi hanno effettuato tournée concertistiche in Europa (in Germania da Monaco e Garmisch, a Landshut e Berlino; in Spagna a Barcellona e Madrid; in Francia ad Avignone e in Provenza, in Corsica a Bastia e Calvi) e negli Stati Uniti d'America, a New York. Hanno inoltre partecipato al Festival Internazionale di Canto Corale a Manila, nelle Filippine, come coro rappresentante l'Italia. Innumerevoli le partecipazioni a Festival e Rassegne, tra cui i Festival Internazionali di Barcellona, Bastia, Bordeaux, il Festival di Spoleto, il Festival delle Marche a Iesi e il Festival Internazionale delle Arti Barocche a Genova.