The Nerazzurri had to do without Cameroon striker Samuel Eto'o, who is on away for Nations Cup duty, and suspended forward Mario Balotelli.
Left-back Cristian Chivu and midfielder Esteban Cambiasso were also missing due to injury.
Siena's in-form striker Massimo Maccarone stunned the home crowd with a thunderous shot that left Inter keeper Julio Cesar with no chance after 18 minutes.
Diego Milito leveled the score six minutes later when he cut inside his marker and drilled a low shot into the bottom corner for his 11th league goal.
Wesley Sneijder put Inter in front with a superb curling free kick on 36 minutes but midfielder Albin Ekdal restored parity moments later.
Maccarone scored his second of the night in the 64th minute to give Siena a 3-2 lead before Inter left it late to record a remarkable win.
Another free-kick from Sneijder with two minutes remaining and a strike from central defender Samuel in the additional time gave Inter all three points.
The defending champions are on top of the table with 45 points, 11 ahead of second-placed AC Milan who have two games in hand.
نرشح لكم
السقوط الحر.. مانشستر سيتي يتلقى الخسارة الثالثة تواليا من نوتنجهام
مباشر الدوري الإسباني - فالنسيا (0)-(0) ريال مدريد.. بداية المباراة
تشكيل ريال مدريد - ديوماندي أساسي ضد فالنسيا
انتهت الدوري الإنجليزي - نوتنجهام (3)-(1) مانشستر سيتي.. خسارة ثالثة
فولام يتعادل مع نيوكاسل في مباراة الدقائق الأخيرة
بهدف أوديجارد.. أرسنال يفوز على هال سيتي ويواصل صدارته للدوري الإنجليزي
كين يصنع هدفين.. بايرن ميونيخ يفوز على ماينز ويواصل صدارته للدوري الألماني
"عصابة محترفة خلف الحادث".. تقرير: سرقة منزل البلال توري










بثلاثية من زيزو والساعي.. الأهلي يتخطى السكة الحديد في كأس مصر
خبر في الجول - مؤمن سليمان يدخل حسابات سيراميكا.. وشرط لإتمام الاتفاق