Le Musée, qui figure parmi les musées diocésains les plus riches d'Italie, occupe une partie du Palazzo Vescovile (Palais épiscopal) et abrite des œuvres picturales allant du XII^ème au XIX^ème siècle, des objets et des parements d'art sacré ainsi que des pièces étrusques, tous provenant de la Cathédrale et d'autres églises du Diocèse. Parmi les chefs-d'œuvre conservés figure le parapet original de la Chaire du Dôme, représentant une danse de putti, sculpté par Donatello et ses assistants entre 1434 et 1438. Dans la salle de la Ceinture sacrée sont exposées des œuvres relatives au culte de la relique mariale parmi lesquelles des pièces d'argenterie, des reliefs du XIV^ème siècle et de précieux tissus. Le beau cloître roman et ses volte (voûtes), anciennes sépultures situées sous les chapelles du Dôme, font également partie du parcours du Musée.
Billets combiné avec les Fresques de Filippo Lippi dans la cathédrale de Saint-Étienne.