Il Museo diocesano d'arte sacra e benedettino di Nonantola è allestito nel Palazzo abbaziale, adiacente alla basilica benedettina dedicata a San Silvestro.

Il percorso del museo si compone di due sezioni:

Nella prima sala sono conservati i tessuti di manifattura bizantina, che avevano in antico la funzione di avvolgere le spoglie dei santi nonantolani. I tessuti sono stati rinvenuti nell'abbazia nel 2002, insieme a frammenti minori e altri oggetti. A questi si aggiunge l'arca romana di papa Silvestro I che ha conservato le reliquie del santo dal 756, quando giunse da Roma, fino al 1914. La seconda sala conserva il nucleo principale del Tesoro abbaziale.

Nella terza sala sono presentati: la raccolta di pergamene dell'archivio abbaziale, databili dal VIII al XIV secolo, tra le quali quelle recanti i monogrammi di Carlo Magno, Matilde di Canossa e Federico I Barbarossa; alcuni incunaboli e cinquecentine della Biblioteca Abbaziale.

La quarta sala conserva opere d'arte databili dal XV al XVII secolo, tra cui si ricordano: un polittico (1460) con cornice intagliata e dorata, di Michele di Matteo da Bologna, la Pala dell'Ascensione di Gesù (XV secolo) di scuola ferrarese e la Croce astile dell'abate, dono dell'abate di Morimondo (XVI secolo).

La sala numero 5, che ripercorre la storia degli abati commendatari che fra il 1449 e il 1986 hanno retto l'abbazia e la diocesi, ospita uno spazio incentrato sulla figura di uno di questi, san Carlo Borromeo, abate fra il 1560 e il 1566. In quest'ultimo spazio si trovano una reliquia (una sua scarpa) e il dipinto San Carlo Borromeo che battezza un neonato durante la peste di Milano (1612) di Ludovico Carracci.