Els fons del museu estan formats per col·leccions de pintura mural, pintura sobre fusta, escultura, teixits, indumentària, fons documental, orfebreria i objectes per a la litúrgia en general. Les peces, procedents de tota la diòcesi, corresponen als estils romànic, gòtic, renaixentista, barroc i segle XIX. Destaquen les peces que formaven part del Tresor de la Catedral, com el calze del bisbe Galceran de Vilanova o el Beatus de Liébana, còdex del segle X, conservat a l’arxiu del capítol.

El Museu Diocesà d'Urgell va néixer a partir d’una exposició temporal que es va realitzar l’any 1957 amb les peces del Tresor de la Catedral. L'èxit d'aquesta exposició va donar peu a la creació del museu, que progressivament va anar incorporant peces de les parròquies d’arreu del bisbat. El 1988 es va ampliar i reformar amb la incorporació de l’antiga casa del deganat. Actualment es treballa per modernitzar la museografia i dotar el conjunt catedralici d’un nou discurs.