Originata nel 1860, trova una degna sistemazione solo nel 1912 quando Elia Volpi dona al Comune il palazzo Vitelli alla Cannoniera, con tutti gli arredi della sua collezione. Fra le opere di maggiore interesse: Madonna in trono col Bambino del Maestro di Città di Castello; il reliquiario di S. Andrea (1420), della bottega di Lorenzo Ghiberti, di alta qualità orafa. Il gonfalone della SS. Trinità è l'unica opera di Raffaello rimasta in città. Tra la fine del '400 e gli inizi del '500 è fondamentale l'influenza sull'arte locale di Luca Signorelli, del quale sono conservati un frammento di affresco con S. Paolo (1474) e il Martirio di S. Sebastiano (1497-98). Il manierismo tosco-romano è documentato da cinque opere di Raffaellino del Colle. La Raccolta di sculture comprende un gruppo di terrecotte della bottega dei Della Robbia e opere del contemporaneo tifernate Bruno Bartoccini. L'ampliamento degli spazi espositivi ha consentito di esporre la donazione Ruggeri (tra gli altri: Carlo Carrà, Giorgio De Chirico, Mario Mafai).