La collezione museale si compone degli oggetti devozionali che testimoniano il culto della Madonna del Piratello attraverso 500 anni.

Tra gli oggetti di maggior pregio sono conservate due splendide vetrate policrome del '400, eseguite probabilmente su disegno di Guiduccio da Imola. Particolarmente interessanti i dipinti raffiguranti i quattro Evangelisti ( attribuiti alla scuola del Guercino) e alcuni antichi manoscritti, tra i quali uno autografo del Beato Geremia Lambertenghi, fondatore e primo Superiore del Convento del Piratello. Sono conservati inoltre una preziosa collezione di ex-voto in legno, oltre a quattro altorilievi in terracotta ( del professore Italo Costantini di Assisi, 1971), una collezione di calchi che riproducono l'immagine della Madonna del Piratello e antiche e preziose vesti liturgiche, unitamente a varia suppellettile sacra.