Il museo è nato nel 1967 per ospitare opere d'arte della cattedrale e oggetti legati al culto della Sacra Cintola ( cintura tradizionalmente considerata dono della Vergine a San Tommaso nel momento dell'Assunzione di Maria). E' stato poi progressivamente (1976,1980,1991,1996,2000,2007) trasformato in museo diocesano per conservarvi opere provenienti dall'intero territorio diocesano. Le sale ospitano dipinti, sculture, paramenti e suppellettili sacre dal XIII al XIX secolo, tra le opere più rilevanti il parapetto marmoreo del Pulpito di Donatello (1433-38), le Esequie di San Girolamo di Filippo Lippi, un rilievo di Giroldo da Como (1262); miniature di Attavante Attavanti, dipinti di Lorenzo di Niccolò, Carlo Dolci, Matteo Rosselli, Livio Mehus, Alessandro Franchi. Recentemente (Giugno 2008) è stata aggiunta al museo una piccola sezione archeologica.
