Sistemato nel 1914 nei locali dell'ex filanda Barbera-Mellinghoff, una costruzione tardo-ottocentesca che si trova nei pressi di viale Annunziata, il museo si compone delle opere provenienti dal Civico Museo Peloritano, istituzione che aveva sede nell'ex monastero di S. Gregorio distrutto dal sisma del 1908. Nell'area circostante l'edificio sono visibili elementi architettonici e decorativi, testimonianze della storia architettonica e civile della città, e alcuni reperti archeologici in attesa della loro definitiva collocazione. Le collezioni presenti nel museo illustrano la civiltà figurativa espressa dalla città dal XII al XVIII secolo. Fra le opere del periodo bizantino-normanno, due frammenti delle capriate che costituivano il tetto del Duomo, dipinte da maestranze locali del XIII-XIV secolo, con motivi tardo bizantineggianti che hanno ispirato la decorazione dell'attuale copertura della chiesa. La sala dedicata alla pittura di Antonello da Messina e degli antonelliani ospita il Polittico di San Gregorio, giunto a noi in non ottime condizioni di conservazione, che Antonello dipinse per il monastero di S. Gregorio nel 1473: è composto da cinque pannelli a tempera su tavola raffiguranti la Madonna in trono col Bambino tra i Ss. Gregorio e Benedetto e, in alto, l'Arcangelo annunziante e l'Annunziata. Altra opera di Antonello è la tavoletta dipinta sui due lati raffigurante una Madonna col Bambino benedicente e un francescano orante (recto) e Cristo in pietà (verso). Il dipinto, dalle dimensioni estremamente ridotte, probabilmente realizzato fra il 1465 e il 1470, era probabilmente destinato a un uso devozionale. Fra le opere che testimoniano del clima di scambi culturali che nella città si respirava nel XV e XVI secolo risaltano la Pietà e simboli della Passione, tavola di ignoto fiammingo del XV secolo, e la Madonna col Bambino, opera attribuita alla bottega di Petrus Christus. Ad Antonello de Saliba appartiene la tavola della Madonna con Bambino (XVI sec.). Documentano inoltre la partecipazione ai fermenti culturali del maturo rinascimento le opere di Gerolamo Alibrandi, fra cui la Presentazione al tempio (1513), grande tavola recuperata dal terremoto in duecentottanta frammenti ricomposti con un accurato restauro, e l'Adorazione dei Pastori (1533) di Polidoro Caldara da Caravaggio, allievo di Raffaello che lavorò a Messina dopo la fuga a seguito del sacco di Roma (1527). La sala dedicata a Caravaggio e ai caravaggeschi è incentrata sulle due grandi tele che Michelangelo Merisi, detto Caravaggio, dipinse fra il 1608 e il 1609 durante il suo breve soggiorno a Messina: raffigurano l'Adorazione dei pastori e la Resurrezione di Lazzaro e sono fra le opere dell'ultimo suo periodo artistico (si collocano fra le Sette opere di Misericordia per il Pio Monte della Misericordia di Napoli e il di poco posteriore S. Giovanni decollato di Malta). I due dipinti ebbero grandissima influenza sulla cultura figurativa locale e stimolarono opere di notevole interesse: fra queste, degne di nota sono l'Incontro dei Santi Pietro e Paolo, del messinese Alonso Rodriguez, e la Crocifissione del siracusano Mario Minniti in cui si evidenziano i rapporti compositivi e stilistici con l'opera dell'illustre maestro. Nel cortile interno sono stati rimontati alcuni portali ed elementi architettonici medievali e rinascimentali provenienti dalle chiese e dai palazzi della città distrutta dal violento terremoto.