Con accesso dal corridoio della sagrestia nel transetto sinistro della basilica, il museo espone il tesoro della basilica ricostituito dopo il saccheggio dell'846 e il sacco di Roma del 1527, nonostante gli ulteriori assottigliamenti napoleonici che seguirono il trattato di Tolentino del 1797. Quello che resta, arricchito da opere d'arte provenienti dall'antica e dalla nuova basilica, è comunque un complesso di eccezionale valore.