Le pinacoteca offre un'esauriente panoramica della produzione pittorica locale dal Medioevo al Neoclassicismo. Il percorso dà conto della presenza in regione di pittori provenienti dai centri culturali veneti, padani e oltremontani, nei cui confronti la pittura trentina è fortemente debitrice. Il museo detiene il prezioso dipinto di Giambattista Pittoni raffigurante San Domenico (1730). L'esposizione è introdotta da alcuni dipinti che illustrano l'iconografia dei patroni della diocesi di Trento. Nelle altre sale, le opere sono disposte secondo un criterio cronologico che evidenzia l'evolversi dello stile degli artisti e del gusto dei committenti: dalle tavole del tempo del principe vescovo Giovanni Hinderbach, dovute ad artefici transalpini, si passa alle pale d'altare del periodo rinascimentale e barocco, con importanti testimonianze di artisti padani, veneziani e tirolesi, quali Francesco Verla, Giovanni Battista Moroni, Martin Teofilo Polacco, Johann Carl Loth, Giuseppe Alberti, Andrea Pozzo, Paul Troger e Francesco Fontebasso.

La sezione scultorea presenta pregevoli opere e frammenti di altari risalenti al periodo compreso tra il XV e il XVI secolo: in questo arco cronologico rientra il nucleo quantitativamente e qualitativamente più significativo delle raccolte museali caratterizzato da un pressoché stabile “paesaggio culturale”. La produzione lignea di quest'epoca si sviluppa secondo due orientamenti diversificati, ciascuno dalle caratteristiche abbastanza uniformi, l'uno legato alla cultura padana, l'altro a quella tedesca e tirolese. Queste differenti modalità espressive sono esemplificate dal confronto tra il polittico proveniente dalla pieve di Avio e i numerosi altari a portelle provenienti dalle chiese della diocesi realizzati da rinomati intagliatori attivi in Alto Adige quali Narciso da Bolzano e Jörg Arzt. La sezione si chiude focalizzando l'attenzione sul dialogo che alla metà del Cinquecento si instaura tra gli intagliatori lombardi, quali i fratelli Olivieri, e tirolesi nel momento in cui i rispettivi linguaggi iniziano a contaminarsi.

La raccolta di paramenti liturgici del museo diocesano tridentino si articola in due nuclei provenienti l'uno dalla cattedrale di San Vigilio, l'altro dalle chiese della diocesi, databili tra XV e XIX secolo. L'entità della collezione è tale per numero, varietà e qualità dei manufatti da consentire non soltanto di delineare, sia pur per episodi salienti, il percorso evolutivo dell'arte tessile, ma anche di istituire un raffronto diretto tra le stoffe di notevole pregio della Cattedrale trentina e quelle delle chiese del territorio. Appartengono alla raccolta anche gli arazzi con Storie della Passione di Cristo che furono acquistati ad Anversa nel 1531 dal principe vescovo Bernardo Clesio (1514-1539).

Già a partire dal XII secolo la storia della cattedrale di Trento è rispecchiata dal suo tesoro che è giunto fino a noi particolarmente ricco non solo per l'alta qualità e pregnanza di molti oggetti, ma anche per la loro variata quantità. L'esposizione segue un percorso cronologico, dal Medioevo all'Ottocento, che presenta come suo momento centrale l'urna processionale di San Vigilio ed esemplifica con pezzi diversi per forma, funzione e stile i molteplici orientamenti dell'arte orafa e i rapporti privilegiati che gli ecclesiastici trentini intrattennero con argentieri attivi Oltralpe, in centri molto rinomati quali Norimberga e Augusta. Una custodia a parte è stata riservata ai reliquiari. Chiude la sezione una teca-mensa d'altare dove sono disposti i diversi vasi sacri necessari alla celebrazione della Messa. A fianco di questa sezione è esposta una delle più cospicue donazioni pervenuteci: quella di Giorgio di Liechtenstein (1390-1419), nobile boemo che, dopo essere stato preposito del Duomo a Vienna, divenne vescovo di Trento nel 1390. La straordinaria croce di Flavon e i raffinatissimi ricami per casula e tonacelle con Storie di San Vigilio sono documenti esemplari e di qualità davvero molto alta di quel Gotico internazionale che dalla metà del Trecento si diffuse in tutta Europa.

Negli spazi dell'antica torre del palatium episcopatus, è esposto un piccolo ma prezioso nucleo di codici miniati, proveniente in gran parte dalla raccolta libraria che fin dal Medioevo si andò costituendo presso la cattedrale di San Vigilio, comprendente i libri necessari alle funzioni liturgiche e i testi in uso nell'annessa biblioteca del Capitolo. Si segnala in particolare il Sacramentario gregoriano ‘ottoniano’ con Antifonario decorato da miniature realizzate da un artista della Germania meridionale, risalente alla seconda metà dell'XI secolo; la Bibbia, parte seconda (Salmi-Epistole) attribuita al Maestro della Bibbia d’Avila, della seconda metà del XII secolo; gli Antifonari, parte di una serie omogenea di corali del primo Quattrocento, in uso nella Cattedrale trentina fin dopo la metà dell'Ottocento.