Il complesso conventuale di Santa Maria di Castello, a ridosso della zona portuale del Molo, occupa la sommità di un’area collinare di antichissimo insediamento: la presenza stratificata di fortificazioni preromane, romane e bizantine, fino all’edificazione, fra i secoli IX e X, del palazzo vescovile, connotò quest’area come sede del potere militare e religioso. L’attuale edificio di Santa Maria di Castello è la basilica romanica a tre navate con transetto e tre absidi edificata nel primo quarto del XII secolo ad opera di maestranze antelamiche. L’aspetto primitivo della chiesa è stato in parte alterato dalle ristrutturazioni dei secoli XV e XVI. Dalla seconda metà del XVII secolo, in coincidenza con un grave indebolimento numerico ed economico dei Domenicani, si alternarono alienazioni e trasformazioni spesso dovute alla necessità di affittare zone del convento, mentre in chiesa si continuò a provvedere alla decorazione di alcune cappelle.
Nella prima metà del XIX secolo il convento si trovava in uno stato di degrado, che si aggravò nel 1859 con l’occupazione delle truppe dell’esercito sardo-piemontese e con l’espulsione dei frati in conseguenza dell’applicazione della legge Cavour-Rattazzi che nel 1855 aveva soppresso le corporazioni religiose: in parte incamerato dallo Stato, il convento fu inserito in un programma di speculazione edilizia che si attuò nel 1870 con la sopraelevazione del primo e del terzo chiostro, trasformati in edifici ad appartamenti.
L’idea di costruire un museo a Santa Maria di Castello nasce dall’esigenza di esporre molte opere che, in seguito alle trasformazioni della chiesa e del convento, erano rimaste senza una precisa collocazione o non erano visibili al pubblico. Un primo museo fu realizzato da Gianvittorio Castelnovi nel 1959.
Nel gennaio 2001 sono  state inaugurate 12 nuove sale che raccolgono in 400 mq. gli arredi e le diverse collezioni provenienti non solo da Santa Maria di Castello, ma anche da altri conventi e monasteri domenicani.