È annesso al convento e alla chiesa di S. Domenico, costruita fra il 1228 e il 1238, ma completamente ristrutturata tra il 1728 e il 1732 su progetto di Carlo Francesco Dotti. Il museo conserva importanti dipinti e arredi per lo più legati alle antiche strutture dell'edificio. Si segnalano soprattutto opere di artisti d'ambito bolognese dal XV al XVIII secolo, paramenti liturgici e oreficerie. Preziosi i reliquiari di S. Tommaso d'Aquino e S. Luigi e il busto in terracotta di Niccolò dell'Arca raffigurante san Domenico, tutti del XV secolo