Die Objekte des Hochmittelalters in der Sammlung des Landesmuseums Württemberg stammen zum größten Teil aus dem sakralen Bereich. Daher wird in diesem Ausstellungsteil der christliche Glaube und die damit verbundene Frömmigkeitspraxis thematisiert. Der schmale Übergang vom Frühen zum Hohen Mittelalter erinnert an einen Kreuzgang mit Glasgemälden, die einstimmen auf das Thema Glaube und Kirche.
Der anschließende Raum greift zahlreiche Elemente eines typischen mittelalterlichen Kirchenraums mit seiner hierarchischen Topografie auf. Damit wird der Kontext angedeutet, aus dem die Exponate ursprünglich stammen. Die Gemälde, Altäre und Skulpturen sind so angeordnet, dass sich ein dreischiffiger Kirchenraum erahnen lässt. Auf der Mittelachsen sind die Christusdarstellungen angeordnet. Im Zentrum steht ein großes Triumphkreuz. Den Abschluss des Raumes bildet als Höhepunkt ein prächtiger Hochaltar. Zwei thronende Muttergottes-Figuren mit Kind stehen beispielhaft für ein beliebtes Motiv der christlichen Ikonografie. Eine Christus-Johannes-Gruppe thematisiert Aspekte der süddeutschen Mystik. Auch für die Heiligenverehrung gibt es eindrucksvolle Beispiele. Der Talheimer Altar mit seinem geschnitzten Schrein ist ein Hauptwerk der Mittelalter-Abteilung und ein charakteristisches Werk der Ulmer Kunst. Er ist ein Beispiel für die vielen frommen und kostspieligen Stiftungen wohlhabender Gläubiger zur Vorsorge für das Jenseits.
Neben dem „Kirchenraum“ ist ein weiterer Bereich dem Thema „Pilgern“ gewidmet. Ein Hauptwerk ist die Heiligblut-Tafel aus Weingarten. Die sieben Passionsreliefs aus Altarschreinen der Klosterkirche in Zwiefalten spielen in ihrer Siebenzahl auf die sieben Hauptkirchen Roms an.
Die provokante Gegenüberstellung eines Himmelfahrts-Christus und eines Himmelsglobus als Bild für einen Umbruch im Weltbild des Spätmittelalters leitet über zum profanen Bereich der Mittelalter-Ausstellung, in dem mit dem „Aufstieg der Württemberger“ die politische Geschichte der Region erzählt wird. Erst das Ende der staufischen Herrschaft gab den Grafen von Württemberg die Chance, ihr Territorium zu erweitern: durch kluge Heiratspolitik, Kauf und militärische Auseinandersetzungen. Weitere Themen sind die Aufteilung und Wiedervereinigung des Landes und der Münsinger Vertrag, der eine Voraussetzung dafür war, dass Württemberg 1495 zum Herzogtum erhoben wurde. Die Darstellung der „Ratssitzung Eberhards des Milden“ s“teht programmatisch für die kluge Bündnis- und Ausgleichspolitik der württembergischen Herrscher.