Istituito nel 1929, dal 2000 trasferito nell'ex chiesa di San Romano, il museo comprende materiali provenienti dalla cattedrale. Da segnalare le dodici formelle marmoree di scuola antelamica che ornavano il portale meridionale, demolito nel 1737, con le raffigurazioni dei mesi; la scultura di Jacopo della Quercia (Madonna del melograno) e S. Maurelio (attribuito a Paolo di Luca); le tavole con S. Giorgio che libera la principessa e l'Annunciazione di Cosmè Tura, già portelle di un antico organo; otto grandi arazzi fiamminghi (XVI secolo) con Scene del martirio dei Ss. Giorgio e Maurelio, realizzati su cartoni del Garofalo e di Camillo Filippi; reliquiari, un paliotto ricamato in oro e corali in membrana con miniature eseguite tra il 1473 e il 1535