O museu, situado no antigo Palácio Episcopal construído no final do século XVI, foi habilmente transformado num estilo renascentista graças ao trabalho de Francesco di Giorgio Martini, Gerolamo Genga e dos pedreiros de Santo Hipólito (séculos XV-XVI). O património heterogéneo da diocese está distribuído por várias salas, entre as quais o Lapidário, a Biblioteca Eclesiástica, o Arquivo Diocesano, a Sala de Honra, a Sala das Pratas, a Sala das Vestes Sagradas, a Sala Giustini do Bispo e a Sala dos Maneiristas metaurenses com as criações de alguns dos pintores mais significativos, como Federico Zuccari, Giovanni Giacomo Pandolfi e Claudio Ridolfi. Há também a Sala de Receção, a Sala das Madonnas e a secção dedicada à cerâmica de Urbino: desde a majólica de Castel di Ripe (1200-1272), à de Casteldurante (1271-1636), à de Urbania (1636-1993), toda a produção do século XIII ao século XX. A última sala exibe cerâmicas do século XX, como prova da produção contínua de objetos de alta qualidade em Urbania.