Il museo è stato inaugurato nel 2005, e ospita opere provenienti da chiese del territorio vicentino. È allestito nel Palazzo vescovile, tra 1817 e 1818 progettato in forme neoclassiche da Giacomo Verda sul luogo l'antico episcopio medievale. Il cortile è impreziosito dalla cosiddetta Loggia Zeno voluta dal vescovo omonimo nel 1485 e realizzata da Bernardino da Milano e Tommaso Lombardo.
Al pianterreno sono visibili marmi e reperti archeologici, mentre al primo piano è la pinacoteca, con opere soprattutto del Cinquecento.
Nel museo è confluito anche materiale artistico già conservato nel Duomo, tra cui le opere di oreficeria e frammenti lapidei paleocristiani, tra cui spicca il fronte di sarcofago con l'Adorazione dei Magi un tempo nella chiesa dei Ss. Felice e Fortunato.