Il Museo Diocesano ha avuto, fin dal suo nascere, il compito di garantire la tutela e la custodia in primo luogo delle opere d’arte la cui conservazione era resa precaria dalla collocazione in edifici ecclesiastici chiusi al culto, fatiscenti o insicuri.

Le collezioni permanenti, poste al primo piano, si compongono di opere d'arte pittorica, di scultura, codici miniati, oreficeria sacra e tessuti di destinazione liturgica dei quali il Museo possiede una delle collezioni più ampie al mondo.
Le opere di pittura e scultura sono in prevalenza di area bresciana e veneta: capolavoro del Quattrocento veneto è Polittico di Sant’Orsola di Antonio Vivarini, proveniente dalla chiesa di San Pietro in Oliveto in Brescia.

Vincenzo Foppa, Alessandro Bonvicino detto il Moretto e Girolamo Romanino, protagonisti del Rinascimento bresciano, sono affiancati dai maggiori veneziani, Tiziano (Volto di Cristo dipinto su pietra e assegnato alla sua bottega) e Jacopo Tintoretto (bozzetto della Trasfigurazione per la chiesa di Sant’Afra in Brescia).
Insieme ai locali Gandino, Tortelli, Capello, Avogadro e Savanni, il Seicento e il Settecento, sono rappresentati dai veneziani Andrea Celesti (Madonna col Bambino e i santi Anna, Giacomo Maggiore e Benedetto; Santa Rosa da Lima) e Giovanni Battista Pittoni (Madonna col Bambino e i santi Leonardo e Francesco da Paola) e dai vicentini Antonio De Pieri (Rebecca al pozzo) e Costantino Pasqualotto (Passaggio del Mar Rosso).
L’oreficeria sacra annovera manufatti a partire dal XV secolo. Tra le opere di maggior rilievo si annoverano il Reliquiario Gambara, manifattura di Augsburg della metà del XVI secolo, in ebano e argento, e il cosiddetto Calice di Pontevico, in oro, argento e pietre preziose, realizzato dall’orefice milanese Carlo Grossi nel 1714.

Preziosi codici miniati a partire dal XII secolo, sono custoditi in due sale: i più antichi provengono dalla biblioteca del vescovo Giacomo degli Atti (XIV secolo); i restanti sono codici liturgici del XV secolo. Di particolare importanza il piccolo libro della Regola della Confraternita dei santi Faustino e Giovita di Collio, le cui prime due carte sono completamente miniate dal bresciano Floriano Ferramola.