Das Museumserbe wurde 1894 von Tito Azzolini in zwei Räumen im Erdgeschoss der Fabbriceria der Basilika San Petronio geordnet, wo im 16. Jahrhundert der ursprüngliche Kern der Sammlung ausgestellt war, bestehend aus den Entwürfen für die Fertigstellung der Fassade, vorgeschlagen von Peruzzi, Giulio Romano, Vignola, Cristoforo Lombardi, Domenico Tibaldi, Palladio und Terribilia.
In derselben Abteilung fanden das hölzerne Modell von Arriguzzi von 1513 sowie die zwei Holz- und Stuckmodelle für die zentrale Gewölbedecke, ausgeführt von Floriano Ambrosini im Jahr 1592, zusammen. Neben der Dokumentation über die Baustelle von San Petronio bewahrt das Museum Kunstwerke, liturgische Gegenstände, illuminierten Graduale und Antiphonale auf.
Besonders wertvoll sind die Choralschriften von Martino da Modena, G.B. Cavalletti und Taddeo Crivelli (15.-16. Jh.); vier Reliefs von Properzia de Rossi (1525), die Marmorskulptur des ‚S. Procolo‘, deren oberer Teil Alfonso Lombardi zugeschrieben wird, und die Instrumente für die Sonnenuhr von Cassini (1655), die von Eustachio Zanotti restauriert wurde.
Unter den Goldarbeiten seien zwei Kästchen aus der Werkstatt der Embriachi (15. Jh.) sowie ein vergoldetes Silberprozessionskreuz des Bolognesers Battista del Gambaro (1547) hervorgehoben, ebenso kostbare Reliquiare, darunter das Reliquiar der Heiligen Rosalia und des Heiligen Antonius von Padua. Im ersten Stock der Fabbriceria befindet sich das Archiv der berühmten Musikkapelle von S. Petronio mit Handschriften vom 16. bis 19. Jahrhundert. Im zweiten Stock werden zwei Tafeln von Simone dei Crocefissi, Freskenfragmente und ein Grundriss der Basilika, der Arriguzzi zugeschrieben wird, aufbewahrt.
