Il Museo conserva nelle sue quattro sale i gioielli, i paramenti liturgici e i documenti che hanno scandito nei secoli la storia del Santuario.

Insieme ai reperti archeologici risalenti al II sec. a.C., sono raccolti i ritratti dei primi due miracolati oropensi, alcuni dei più antichi dipinti votivi e documenti storici, tra cui i "regi stabilimenti"e i progetti degli architetti sabaudi. Sono esposti paramenti in velluto, in broccato e damasco (sec. XVII - XIX ) donati dai sovrani sabaudi o da famiglie nobili.

Nella sala degli ori, unitamente a calici, ostensori e cuori votivi, sono presenti i gioielli che hanno adornato la statua nelle incoronazioni centenarie che si sono susseguite a cominciare dal 1620: la tiara a due ordini, l'aureola di stelle, la pettorina, il nodo d'amore e il pendente realizzati in oro, diamanti e pietre preziose. Dal Museo si accede infine agli appartamenti reali dei Savoia, risalenti alla prima metà del XVIII sec..