Fondato nel 1996 per volere della Curia Vescovile di San Marino-Montefeltro e dell'Amministrazione Comunale di San Leo;si sviluppa all'interno del piano nobile del Palazzo Mediceo del XVI secolo.Si articola in quattro grandi sale ove si mettono in mostra manufatti di arte sacra dall'VIII al XVIII secolo.Finalità del museo è raccogliere;tutelare e conservare importanti opere d'arte del territorio leontino provenienti da edifici di culto che per varie ragioni non sono più in grado di garantirne la conservazione.La visita ha inizio con il Lapidario;che accoglie antichi reperti scultorei della città (VIII – XIII secolo);tra i quali spiccano per importanza sia i resti delle tre arcate in calcare;riccamente decorate;che componevano il tabernacolo della cattedrale altomedievale;sia quattro frammenti della recinzione presbiteriale della pieve carolingia;un valido esempio di scultura dell'Italia settentrionale del IX secolo.Segue la Sala delle tavole dipinte che rappresenta gli esordi della storia pittorica del Leontino;raccogliendo al suo interno i più antichi manufatti pittorici;un crocifisso trecentesco;la tavola della Madonna della Mela di Catarino di Marco da Venezia (1375 circa) e la tavola di Luca Frosino raffigurante la Madonna con il Bambino (1487-1493).;
Il secondo ambiente è detto Sala del tabernacolo per la grande opera lignea;proveniente dal convento francescano di Sant'Igne che;con i suoi raffinati intagli e dipinti;costituisce uno dei manufatti più singolari del Rinascimento nel Montefeltro.Al periodo più rappresentato;il Seicento;è dedicata la terza sala.Qui vengono esposte numerose opere pittoriche;dovute in gran parte alle disposizioni liturgiche del Concilio di Trento;che prevedevano un rinnovamento degli edifici ecclesiastici sia negli arredi che nelle immagini.Tra le opere spiccano 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;è dedicato ai rivestimenti liturgici per altare;i paliotti appunto;che ornavano gli altari delle chiese medievali leonine.;
Il Deposito;spazio un tempo adibito alle macchine di scena del teatro sottostante;oggi è riservato alle opere bisognose di restauro o di minor pregio;mentre il suggestivo ambiente del Corridoio delle finestre è utilizzato per piccole mostre.