Il museo fu collocato nel Palazzo Arcivescovile ma venne purtroppo chiuso, a soli due anni dalla sua inaugurazione, a causa del terremoto del 1967 che lo danneggiò gravemente.
Riaperto finalmente al pubblico nel 2004, fu ulteriormente ampliato ed arricchito di opere.
All'interno del museo sono conservati dipinti e sculture di pregevole fattura, tra cui spiccano il ciclo di dipinti murali della seconda metà del XIV secolo, di anonimo pittore riminese, che raffigurano la Crocifissione di Gesù, san Serafino e san Venanzio, Santo e donatore, Sant'Antonio abate, Madonna con Gesù Bambino in trono, San Giovanni evangelista; la flagellazione di Gesù Cristo e San Francesco d'Assisi che riceve le stimmate.
Da citare altresì lo stendardo processionale con la Madonna della Misericordia, Gesù Cristo portacroce tra sant'Anatolia e san Cataldo , la tavola di Angeluccio di Diotallevi, la statua di santa Anatolia e quella di Santa Lucia, opera del cosiddetto Maestro della Madonna di Macereto.
E' inoltre possibile ammirare la statua di san Sebastiano del XV secolo, costruita in legno policromo, della bottega di Domenico Indivini, il trittico con la crocifissione di Gesù Cristo tra san Michele arcangelo e san Giovanni Battista del 1454, opera a tempera, attribuita a Girolamo di Giovanni, la tavola di Giovanni Boccati del 1466, che rappresenta san Sebastiano, l'olio su tavola di Luca Signorelli e quello su tela di Giuseppe Bartolomeo Chiari: la Sacra Famiglia con san Giovanni della Croce e santa Teresa d'Avila.
Altamente suggestiva la "Visione di san Filippo Neri", del 1730, di Giambattista Tiepolo.
Nel museo sono inoltre esposti preziosi oggetti liturgici e paramenti sacri.
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