Tras ilustrar el origen de la diócesis con el primer audiovisual, la primera planta del museo muestra la historia del edificio y su importancia en la historia de la ciudad, el nacimiento de las primeras comunidades cristianas en Aragón, con sus importantes testimonios artísticos y arqueológicos que hablan de mártires como santa Engracia, san Vicente y los denominados como Innumerables Mártires zaragozanos que dieron aliento al cristianismo hispano.
El espacio dedicado a los primeros obispos, como san Braulio, que sentaron las bases de la cultura visigoda y española, lleva hasta las salas de escultura románica.
En la segunda planta se visitan los espacios del palacio mudéjar del siglo XIV, en los que se exponen interesantes tablas góticas de la segunda mitad del siglo XV bajo sus artesonados, pudiendo apreciar la evolución de la religiosidad medieval, renacentista y barroca, a través de importantes obras del patrimonio artístico diocesano, que incluye la reconstrucción de un excepcional Altar Eucarístico, con orfebrería, ornamentos y relicarios, o el diseño vanguardista de una procesión que ofrece tipologías de custodias desde el siglo XV al XVIII.
La grandiosidad del Salón se complementa con la de la escalera imperial del palacio neoclásico, construida en el siglo XVIII para dar trabajo en un periodo de grave crisis.
Todos estos espacios, más de seis mil metros cuadrados, fueron inaugurados en marzo del 2011 y se completan con una sala de exposiciones temporales.