En 1879, se comenzó a cumplir dicha orden, estableciendo cuatro museos provinciales de Antigüedades en Barcelona, Granada, Sevilla y Valladolid.
Los locales que poseían antigüedades coincidieron en querer colaborar con la formación de un museo.
En 1942 el palacio fue adquirido por el Estado para convertirlo en sede del Instituto Femenino de Valladolid, función que no llegaría a desempeñar, pasando luego a convertirse en la sede del Museo de Valladolid.
Dichas colecciones se incrementan continuamente con los restos materiales hallados por las intervenciones arqueológicas autorizadas por la Junta de Castilla y León en la provincia de Valladolid, que, con carácter general, quedan depositados en el Museo.
La colección artística está formada en buena medida por depósitos y donaciones realizados por instituciones y particulares en el momento de la creación del Museo, ampliándose significativamente tras la Guerra Civil con obras de orfebrería y pinturas procedentes del Servicio de Defensa del Patrimonio Artístico Nacional.