Nel 1996, a seguito della volontà della Curia Vescovile di San Marino-Montefeltro e dell’Amministrazione Comunale di San Leo, ha preso vita il museo, che occupa il piano nobile di un antico Palazzo Mediceo risalente al XVI secolo. All’interno del museo sono presenti quattro grandi sale in cui sono esposti manufatti di arte sacra che risalgono a periodi compresi tra l’VIII e il XVIII secolo. La finalità della struttura è quella di riunire, tutelare e preservare opere d’arte locali che altrimenti rischierebbero di andare perdute, a causa dell’incapacità di alcuni edifici religiosi di garantire la loro conservazione.
Il percorso inizia nel Lapidario, ove sono conservati antichi reperti scultorei della città (VIII – XIII secolo). Uno dei pezzi di maggior interesse è costituito da resti di tre arcate in calcare, decorate con ricchezza, che formavano il tabernacolo della cattedrale medievale, nonché quattro frammenti della recinzione presbiteriale della pieve carolingia, esempio di scultura del Nord Italia del IX secolo. La Sala delle tavole dipinte è invece dedicata agli esordi della storia pittorica del Leontino. In essa sono conservati un crocefisso del Trecento, la tavola della Madonna della Mela di Catarino di Marco da Venezia (1375 circa) e quella di Luca Frosino, raffigurante la Madonna con il Bambino (1487-1493). La seconda sala è detta Sala del tabernacolo a causa della grande opera lignea, originaria del convento francescano di Sant’Igne e caratterizzata da pregevoli intagli e dipinti, tipici del Rinascimento del Montefeltro.
La terza sala è invece interamente dedicata al Seicento e comprende numerose opere pittoriche, in gran parte conformi alle direttive del Concilio di Trento, che prevedevano l’ammodernamento degli arredi e delle immagini delle chiese. Tra le opere più rilevanti si possono ricordare la Santa Rita da Cascia di Giovan Francesco Guerrieri (1636) e la Deposizione di Giovan Francesco Barbieri (XVII sec). L’ultimo vano, la Sala dei Paliotti in Scagliola, ospita rivestimenti liturgici per altare, detti paliotti, che un tempo adornavano gli altari delle chiese leonine. Il Deposito, precedentemente usato come magazzino per le macchine di scena del teatro sottostante, accoglie oggi le opere bisognose di restauro o di minor pregio, mentre il suggestivo Corridoio delle finestre è adibito a piccole mostre.