Il Museo è ospitato in un'ala dell'antico Ospedale di Misericordia, costruito tra il 1257 ed il 1286 su progetto dell'architetto Giovanni di Simone.

L'attuale museo è stato inaugurato nel 1979 e conserva le Sinopie (disegni preliminari degli affreschi, eseguiti direttamente sulla parete) provenienti dal Camposanto Monumentale.

Le Sinopie sono divenute di nuovo visibili in seguito ad una bomba incendiaria esplosa nel 1944 sul Cimitero, che provocò la distruzione di molti affreschi: i pochi affreschi rimasti, rimossi per il restauro, fecero tornare alla luce questi disegni preliminari, che furono fissati su lastre di eternit e raccolti nel museo.

Il museo è strutturato su due piani: il piano superiore raccoglie i pannelli contenenti le sinopie più antiche e interessanti, mentre al piano terra si trovano le sinopie più tarde, simili a schizzi e bozzetti, in virtù del fatto che l'uso della carta era già diffuso.