Le venti sale del museo raccolgono opere d'arte prelevate dalla collocazione originaria in cattedrale o dai depositi della Veneranda Fabbrica del Duomo per motivi di restauro e di conservazione. Nell'itinerario, disposto cronologicamente, sculture, vetrate, disegni, modelli lignei, arazzi, dipinti, grafici, paramenti e suppellettili sacre permettono di seguire tutte le fasi di costruzione della cattedrale, dalla fondazione ai recenti interventi di restauro statico e insieme di conoscere le diverse espressioni artistiche in essa riunite dalla fine del XIV secolo ai giorni nostri. Ampiamente illustrati nella raccolta sono i sei secoli di ininterrotta produzione di statuaria a partire dalle opere delle scuole scultoree tardo-gotiche borgognona, renana, boema, campionese e lombarda, presenti nel cantiere milanese, nei primi cinquant'anni di costruzione. Da un'ampia raccolta di vetrate è documentata sia la grande produzione quattro-cinquecentesca delle diverse botteghe di maestri vetrai lombardi, francesi, tedeschi e fiamminghi, sia l'opera ottocentesca di restauro e discutibile rinnovamento dell'arte vetraria compiuta dalla famiglia Bertini