Inaugurato nel 1993, ha sede nella Sala Ottagonale costruita di recente accanto al Tempio Malatestiano, monumentale edificio progettato da Leon Battista Alberti, tra i maggiori capolavori del Rinascimento italiano. Nelle vetrine sono custodite le argenterie sacre più pregevoli della cattedrale, circa una settantina di pezzi tra calici, pissidi, reliquiari, ostensori, paramenti, arredi, dipinti e sculture. Di particolare interesse alcuni codici miniati, un bassorilievo del XIII secolo e reliquiari del XIV e XV secolo.