Het museumbezit werd in 1894 door Tito Azzolini gerangschikt in twee ruimtes op de begane grond van de Fabbriceria van de Basiliek van San Petronio, waar in de 16e eeuw de oorspronkelijke kern van de collectie was tentoongesteld, bestaande uit de ontwerpen voor de voltooiing van de gevel voorgesteld door Peruzzi, Giulio Romano, Vignola, Cristoforo Lombardi, Domenico Tibaldi, Palladio en Terribilia.
In dezelfde sectie werden ook het houten model van Arriguzzi uit 1513, de twee houten en stucmodellen voor de centrale koepel, uitgevoerd door Floriano Ambrosini in 1592, ondergebracht. Naast de documentatie over de bouwplaats van San Petronio bewaart het museum kunstwerken, liturgische voorwerpen, gradualen en verluchte antifonaria.
Van bijzondere waarde zijn de koralen van Martino da Modena, G.B. Cavalletti en Taddeo Crivelli (15e – 16e eeuw); vier reliëfs van Properzia de Rossi (1525), het marmeren standbeeld van ‘S. Procolo’, waarvan het bovenste deel aan Alfonso Lombardi wordt toegeschreven, en de instrumenten voor de zonnewijzer van Cassini (1655), gerestaureerd door Eustachio Zanotti.
Onder de meest interessante goudsmeden bevinden zich twee kisten van de werkplaats van de Embriachi (15e eeuw) en een zilveren processiekruis van de Bolognese Battista del Gambaro (1547), naast waardevolle reliekhouders, waaronder de reliekhouder van Santa Rosalia en die van Sant’Antonio da Padova. Op de eerste verdieping van de Fabbriceria bevindt zich het archief van het beroemde Muzikale Kapel van San Petronio, met handschriften van de 16e tot de 19e eeuw. Op de tweede verdieping worden twee paneeltjes van Simone dei Crocefissi, fragmenten van fresco’s en een plattegrond van de basiliek toegeschreven aan Arriguzzi bewaard.
