Desde a Idade Média que neste espaço funcionou o Palácio dos Bispos, que adquiriu uma forma semelhante à actual no início do século XVII, depois das obras levadas a cabo pelos Arcebispos D. Teotónio de Bragança (1578-1602) e D. José de Melo (1611-1633). As armas deste último estão apostas à entrada principal do edifício. No fim do século XVIII, novas obras, cuja extensão se desconhece, ligaram o Palácio ao edifício da Biblioteca Pública.

A adaptação a Museu teve duas fases essenciais – a primeira durante a direcção de Mário Tavares Chicó (1943-1966), e a segunda com a abertura de parte da cave para instalação das colecções de arqueologia, em 1967 e 1986. Actualmente decorrem as obras iniciadas sob projecto do arquitecto Raúl Hestnes Ferreira.