Nel palazzo del Vescovado, è aperto al pubblico dal 1962 occupando le sale (Galleria dei Ritratti, Sala del Trono, Stanza da letto) dell'appartamento di Pio IX, già vescovo di Imola, di cui si conserva anche un busto. Il bicentenario della nascita del pontefice ha dato luogo nel 1992 al riallestimento delle collezioni. La raccolta è formata da dipinti, sculture, argenterie, arredi liturgici, fra cui una pianeta detta della Regina di Napoli, l'abito della Madonna del Rosario, una croce processionale, materiali lapidei provenienti dalla cattedrale e dalle chiese della diocesi, codici miniati di scuola bolognese e ferrarese (secoli XIII-XV). Tra le principali opere pittoriche merita ricordare la Madonna e Santi di Innocenzo da Imola (1516), la Madonna di Mazzolana attribuita a Lorenzo Veneziano (sec. XIV), la Madonna del Maestro di Valverde (1472), la Madonna del Vivarini (sec. XIV), gli affreschi staccati della scuola di Vitale da Bologna (sec. XIV), una serie di dipinti dal XVI al XVIII secolo di scuola fiamminga, emiliana e bolognese, ed altre importanti espressioni artistiche comprese tra il XI e il XX secolo.