Il Museo civico Luigi Bailo è un museo intitolato alla figura del fondatore e primo conservatore dei Musei civici di Treviso, l'abate Luigi Bailo.

La sede di Borgo Cavour, già convento dei Carmelitani scalzi (ancor prima convento dei Gesuati di San Girolamo), ospitò fin dal 1882 il Museo Trivigiano, fondato dall'abate Luigi Bailo: l’anno della sua inaugurazione coincise con l’abbattimento della vicina chiesa e con la definitiva dismissione del convento dei Carmelitani. L'edificio era allora al contempo sede del Liceo ginnasio, della Biblioteca e dell'Archivio storico comunale.
Gli spazi destinati al Museo si rivelarono ben presto inadeguati, sia per il massiccio affluire di lapidi, oggetti rinascimentali, opere scultoree e pittoriche (tra le quali, nel 1883, l'importante ciclo di Tomaso da Modena delle Storie di sant'Orsola), sia per il progressivo incremento dell'Archivio storico comunale, fondato dall'abate stesso. Nel 1888 l'abate dovette occupare anche il chiostro dell'ex convento, per l'occasione decorato ad affresco con motivi medievali.
Una nuova facciata, riccamente decorata e recante l'iscrizione "MVSEVM TARVISI", fu inaugurata nel 1904.
Finalmente, nel 1922, grazie al completamento della nuova sede del Liceo Canova, il Museo poté ampliare i propri spazi espositivi che furono ulteriormente incrementati grazie all'acquisto, nel 1935, del complesso di Ca' da Noal.
Grazie alla traslazione della collezione di arti applicate, la Pinacoteca poté confluire nel 1938 nelle sale ai primo piano, nel riallestimento curato da Luigi Coletti.
Venne quindi il bombardamento del 1944 e a causa degli ingenti danni, l'edificio poté essere riaperto soltanto il 15 giugno 1952 nell'allestimento curato da Forlati, Muraro e Coletti.
A partire dal 1959, il museo Bailo divenne sede anche della raccolta comunale d'arte moderna.
Dal luglio 2003 il museo è chiuso a causa di "necessari quanto impegnativi lavori di ristrutturazione".
Gli spazi del museo si suddividevano allora in Sezione archeologica, Pinacoteca e Galleria comunale d’arte moderna.

La Sezione archeologica, che occupava buona parte del piano terra ed il chiostro cinquecentesco, ricca di reperti che spaziano dall’età del rame, del bronzo, ferro, il periodo di fioritura dei paleoveneti, fino all'epoca romana, ha trovato oggi la propria sede definitiva nel complesso di Santa Caterina.
La Pinacoteca, testimone in particolare dello sviluppo della pittura veneta tra il XIII ed il XV secolo, si snodava nelle numerose sale, per lo più al piano superiore, che circondano i due chiostri. Tra le opere da ricordare:Jacopo da Bassano - Crocifissione, Paris Bordon - Resurrezione di Cristo, Paris Bordon - Madonna in trono con bambino, San Giovanni Battista e San Girolamo, Ludovico Pozzoserrato -  Concerto in villa. La Galleria d’arte moderna conservava opere di artisti veneti tra il 1800 ed il 1900.
A luglio 2011 il Comune di Treviso ha annunciato il programma dei lavori di restauro del Museo Bailo: l'intervento riguarderà la ristrutturazione del chiostro interno, il consolidamento delle fondamenta, la realizzazione degli impianti e di nuovi spazi espositivi. Verrà quindi qui ospitata la Galleria comunale d’Arte Moderna.