La collection d’art gothique se trouve dans l’ancien dortoir du monastère de Sainte Marie de Solsona, espace récupéré pendant les travaux de renouvellement du musée, vers la fin des années 1980. Cette grande salle avait été transformée en salle du trône et en pièces privées des évêques lorsque l’on a réalisé les travaux d’agrandissement du Palais Épiscopal, vers la fin du XVIIIe siècle. Le nouvel ordre muséographique fait qu’on y expose des œuvres des XIIIe, XIVe et XVe siècles. On peut y observer deux échantillons de fresques murales, mettant en relief l’ensemble funéraire de Saint Pau de Casseres, avec les anges du Jour du Jugement Dernier.
On y expose aussi des ossuaires et des sépulcres en pierre, comme celui du chevalier Hug de Copons. Plusieurs fragments de retables sont exposés, parmi lesquels il faut remarquer la prédelle avec la représentation de la Cène.
La lampe d’origine flamande datant de la moitié du XVe siècle est l’un des éléments les plus saillants et l’un des rares échantillons qui restent en Europe. Des statuettes de la Vierge et de saints ainsi que des éléments d’usage liturgique complètent l’exposition de cette salle.