Ospitato in alcune sale del Palazzo Arcivescovile, il Museo fu fondato nel 1927, dal Cardinale Lualdi. Dopo la guerra, fu riorganizzato: in particolare, furono recuperate le preesistenti opere d'arte, specialmente le sculture della Cattedrale, e raccolti molti dipinti salvati da altre chiese bombardate e distrutte. Il Museo, nella nuova versione, fu inaugurato nel 1952, ma già negli anni ’80 subì un nuovo restauro. Le pregevoli collezioni, comprese tra il XII e il XIX secolo, mostrano una molteplicità di stili, artisti e materiali che testimoniano la ricca produzione artistica di Palermo città e i notevoli rapporti culturali tra la Sicilia e il continente.
Opere antiche sono: la Madonna della Luce, mosaico d'età normanna, la Madonna della Perla e la Madonna detta la Spersa, tavole d'epoca normanno-sveva, le opere d'importazione pisana, come il Ruolo dei confrati defunti di Antonio Veneziano e il Trittico di Gera da Pisa.
Il Quattrocento è presente con dipinti di pittori locali come il Maestro delle Incoronazioni, Tommaso de Vigilia, Pietro Ruzzolone, Antonello Crescenzio, Riccardo Quartararo e di scultori immigrati come Domenico Cagini e Francesco Laurana. Numerose sono poi le sculture provenienti dalla smembrata tribuna marmorea della Cattedrale di Palermo di Antonelllo Cagini e Aiuti.
Sono presenti varie opere del pittore napoletano del primo Cinquecento Mario di Laurito, tra cui le tele smembrate del soffitto dipinto del 1536 della distrutta chiesa dell'Annunziata.
Dipinti più recenti, comprendenti anche opere d'artisti immigrati, sono quelli di Vincenzo da Pavia e Simone Wobrech. Il Manierismo locale è rappresentato dalle tele del pittore Giuseppe Salerno, soprannominato lo Zoppo di Gangi insieme a Gaspare Bazzano. Vi sono poi le opere di scuola genovese come quelle di Bernardo Castello del 1619. Tra i dipinti seicenteschi presenti, si evidenziano quelli di Pietro Novelli e della scuola che veicola la cultura caravaggesca nella Sicilia occidentale. Molti sono i frammenti di decorazioni policrome a marmi mischi provenienti da chiese barocche della città, realizzati da abili maestranze locali. Interessante è il fercolo processionale ligneo dorato e il dipinto di Sant'Agata del 1680, realizzato su disegno dell'architetto palermitano Paolo Amato. L'opera plastica di Giacomo Serpotta è rappresentata dalle due teste in stucco già appartenenti alle sculture allegoriche della Clemenza e della Fede.
Il Settecento si segnala con le tele del messinese Filippo Tancredi, di Mariano Rossi da Sciacca e del palermitano Vito d'Anna.
Le collezioni del Museo, passando attraverso l'Ottocento con dipinti di Giuseppe Velasco e sculture lignee dei Bagnasco, comprendono anche opere di artisti contemporanei.
