Fondato nel 1903, ha sede dal 1963, quarto centenario del concilio di Trento, in Palazzo pretorio, residenza medievale dei principi-vescovi. Presenta collezioni di pittura, scultura e arredi sacri raccolte in ordine cronologico o tematico. I dipinti offrono un'esauriente panoramica della produzione locale e dei rapporti che essa intrattenne con le scuole limitrofe (lombarda, veneta e austriaca) tra medioevo e Ottocento. Pregevoli le sculture in legno realizzate da botteghe operanti nella diocesi tra il XIV e il XVI secolo, con modi che spaziano dai prototipi padano-veneti agli stilemi nordici. La raccolta di paramenti documenta il cambiamento nelle forme e nei tessuti delle vesti liturgiche tra il XV e il XIX secolo. Fa parte del museo anche il Tesoro della cattedrale, con esemplari della produzione orafa medievale, e la famosa serie di arazzi raffiguranti La Passione di Cristo, tessuti a Bruxelles nei primi decenni del Cinquecento da Peter van Aelst, che decorarono l'aula dove si svolsero le sessioni del concilio ecumenico trentino. Un'appendice è dedicata alla storia e all'iconografia della città, con particolare riferimento al concilio che si tenne dal 1545 al 1563. Sezione distaccata del museo, il sito archeologico della basilica paleocristiana di S. Vigilio contiene reperti scultorei romani e paleocristiani