Il palazzo dei Musei, originario convento agostiniano trasformato nel 1771 in albergo dei poveri, ospita dal 1883 le raccolte artistiche della città fino all'anno prima conservate nel Palazzo Ducale. Il nucleo iniziale della collezione venne formato da Cesare d'Este (1598) e si arricchì con Francesco I (1629-1658) ma subì in seguito dispersioni e diradamenti. La galleria illustra importanti scorci della vicenda figurativa regionale e di altri ambienti italiani dal XIV secolo alla fine del XVIII. In particolare è cospicuo il numero delle opere dei primitivi bolognesi ed emiliani, ben rappresentata è la pittura padana del XV secolo e numerose sono le opere di scuola emiliana del XVI-XVIII secolo. Tra i pezzi più celebri si segnalano S. Antonio di Cosmè Tura, Pietà di Cima da Conegliano, Madonna col Bambino di Joos van Cleve, Francesco I d'Este di Velázquez, due vedute di Francesco Guardi, Madonna col Bambino e santi del Tintoretto, un trittico di El Greco e il Crocifisso di Guido Reni. Notevole anche il Medagliere estense che comprende opere del Pisanello, Matteo de' Pasti, Gian Lorenzo Bernini (il celebre busto di Francesco I d'Este) e una serie di placchette d'epoca cinquecentesca. A completamento sono la sezione delle sculture bronzee e la raccolta delle sculture marmoree e delle terrecotte; inoltre, avori rinascimentali, cristalli di Boemia, vetri di Murano, ceramiche faentine e di altre fabbriche italiane, miniature, stoffe, ebanisterie di varie epoche.