Ha sede nell'ex convento di S. Domenico; istituito nel 1857 si è poi accresciuto grazie a numerose donazioni. L'attuale esposizione risale agli anni Trenta del Novecento, ma rispetta l'impostazione scientifica originaria. Le due sezioni più importanti, frutto delle ricerche del geologo e paletnologo Giuseppe Scarabelli, sono quelle di archeologia preistorica (reperti del Paleolitico dalla grotta del re Tiberio in val di Senio) e di geologia (rocce e fossili dell'Appennino, foglie e fossili del territorio di Senigallia nelle Marche). Nella sezione naturalistica sono conservati un erbario, una raccolta di conchiglie, una collezione di coleotteri e una di uccelli. Inoltre materiali etnografici (oggetti precolombiani e dell'Africa) e una mummia egizia. Dal 1988 espone la Collezioni d’arte della Città, ceramiche, disegni, dipinti principalmente di scuola bolognese e romagnola tra il XV e il XX secolo, opere di Innocenzo da Imola, Lavinia Fontana, Orazio Sammacchini, Bartolomeo Cesi e Ubaldo Gandolfi. Nella sezione contemporanea si segnalano tele di Filippo De Pisis, Domenico Cantatore e Germano Sartelli