Ospitato in Palazzo Ghisilardi-Fava, il museo è costituito nel suo nucleo principale da opere del Medioevo bolognese; numerose sono anche le testimonianze di artisti attivi a Bologna durante il Quattrocento e il Cinquecento (Jacopo della Quercia, Francesco del Cossa, Vincenzo Onofri). Particolarmente cospicua è la collezione di mirabilia proveniente dalla raccolta del marchese Cospi e degna di nota è la collezione di armi del generale Marsili. Molto ricercati sono anche gli avori e i vetri muranesi del XV e XVI sec. Nel 1995 è stata inaugurata una sezione dedicata ai codici miniati, con importanti esemplari dei secoli XIII e XVI.