Muzeum zostało zbudowane w 1903 r. z inicjatywy bł abp. Antoniego J. Nowowiejskiego przez architekta Stefana Szyllera. Zbiory muzealne zapoczątkowały zabytki z katedry płockiej oraz darowizny: ks. Tomasza Kowalewskiego i prof. Franciszka Tarczyńskiego. W latach 1929-1930 muzeum rozbudowano. W muzeum, na powierzchni ok. 450 m2, zgromadzono wiele różnorodnych dzieł sztuki. Do najcenniejszych eksponatów należą: rękopisy i dokumenty, zbiór mazowieckiej rzeźby średniowiecznej, złotnictwo, kolekcja pasów kontuszowych i szat liturgicznych oraz zbiory malarstwa. W 2008 Muzeum otrzymało nową powierzchnię użytkową w dawnym opactwie benedyktyńskim. W nowej siedzibie znalazły miejsce bezcenne zabytki sztuki sakralnej jak Herma św. Zygmunta, Kielich Księcia Konrada, Kielich Ferdynanda Wazy. Skarbiec muzealny jest jednym z pięciu najbogatszych w Polsce.
Muzeum Diecezjalne w Płocku do dzisiaj zachowało charakter i klimat dziewiętnastowieczni skarbnicy pamiątek przeszłości. Obok dzieł znanych można tu odkryć interesujące eksponaty z takich dziedzin jak: ceramika, numizmatyka, medalierstwo, militaria, sfragistyka, filatelistyka. Pierwszego wpisu w księdze pamiątkowej dokonał Henryk Sienkiewicz. Brzmi on: “Kościół jest stróżem przeszłości piastunem teraźniejszości i siewcą przyszłości”.
