Le musée diocésain de Tarragone, accessible par le cloître de la cathédrale, est composé de quatre salles. Les derniers travaux du musée ont été réalisés en 2014. Ces quatre espaces proposent un parcours chronologique, depuis les Romains jusqu'au XVIII^e siècle. Les origines des collections remontent à la moitié du XIX^e siècle, bien que le musée ait été fondé en 1914 par l'évêque Antolín López Peláez, qui a rassemblé des objets liturgiques et des œuvres d'art provenant du chapitre de la cathédrale, de paroisses du diocèse, de congrégations religieuses et de particuliers. Avec le temps, les collections se sont étoffées jusqu'à rassembler environ 10 000 objets.

Le musée conserve des objets liturgiques du VI^e-VII^e siècle et des sculptures du XII^e et XIII^e siècle. Il convient de souligner ses collections gothiques, du XIV^e-XV^e siècle, en particulier les peintures, la sculpture et l'orfèvrerie, parmi lesquels des œuvres de célèbres artistes internationaux, comme Bernat Martorell, Jaume Ferrer II ou Lluís Borrassà, entre autres. Le musée expose des œuvres locales de l'époque Renaissance, tandis que le baroque (XVII^e et XVIII^e siècles) est représenté par les œuvres de Lluís et Francesc Bonifàs i Massó.