Le raccolte del Museo iniziano a formarsi alla fine del secolo XIX, in coincidenza con i lavori di ristrutturazione della Basilica ad opera di Giuseppe Sacconi, negli anni 1884-1905, quando vengono raccolti nelle Sale del lato occidentale del Palazzo apostolico, dipinti, oggetti, arredi, provenienti dal Santuario, in particolare le maioliche dell'antica Spezieria, e alcuni affreschi. Ad essi si aggiungono gli ex voto, di un certo valore artistico, custoditi ed esposti nella Sala del Tesoro o Sala Pomarancio del Santuario (attualmente in restauro) scampati alla depredazione napoleonica del 1797 e al furto del 1974.