Situato accanto agli ambienti della Sagrestia principale della basilica di San Pietro, realizzata da Carlo Marchionni nel 1784, il museo ospita una raccolta eterogenea, con pezzi di grande pregio quali il sarcofago di Giunio Basso (IV secolo), il monumento funebre di Sisto IV, opera bronzea del Pollaiolo (XV secolo), una colonna marmorea tortile (IV secolo), la dalmatica detta di Carlo Magno (XI secolo) e una copia lignea della cattedra detta di San Pietro (IX secolo).