Allestito nei prestigiosi ambienti del Palazzo vescovile su una superficie di oltre 2.000 mq, il museo raccoglie preziose opere di pittura, scultura, oreficeria, codici e incunaboli, paramenti sacri provenienti dal territorio della diocesi di Padova.
Esposte secondo criteri cronologici e per sezioni, le opere testimoniano la ricchezza culturale, la sensibilità artistica e la profonda fede della chiesa padovana.
Tra manufatti di maggior pregio: un calamaio trasformato in crismino del IX sec. e una formella in steatite con Cristo benedicente (XI secolo); una coperta di evangelario (XII secolo); il ciclo pittorico con le Storie di S. Sebastiano realizzato nel 1367 da Nicoletto Semitecolo; le tavole di Giorgio Schiavone; dipinti di Giambattista Tiepolo (S. Francesco di Paola); due dalmatiche con manipolo e stola di fine Quattrocento.
Per la sontuosità dell'esecuzione ricordiamo ancora un piviale, un paliotto d'altare, una stola e un copriambone ricamato in oro, donati alla cattedrale dal pontefice Clemente XIII, primo vescovo di Padova (1743-1758).
È inserita nel percorso museale la cappella di S. Maria degli Angeli, fatta costruire nel 1495 dal vescovo Pietro Barozzi a Lorenzo da Bologna e decorata ad affresco da Prospero da Piazzola e Iacopo Parisati da Montagnana.