Il Museo della Cattedrale di Lucca si trova in un complesso edilizio composto da una casa torre Duecentesca, una chiesa Cinquecentesca ed un corpo principale di origine Trecentesca localizzato in Piazza Antelminelli. 

Dal 1992, si occupa di custodire le opere darte facenti parte dell'arredo della cattedrale di San Martino che ha subito numerose trasformazioni nel corso dei secoli. La distribuzione delle opere segue il filo cronologico, in modo da permettere ai visitatori di percepire i cambiamenti artistici delle varie epoche, e comprende collezioni di statue e reperti lapidei, oreficerie e paramenti sacri (piviali, pianete, tuniche, stole), calici e candelieri, dipinti, codici e messali. 

Tra le opere esposte spiccano un dittico d'avorio del VI secolo e un rarissimo corpus di cinque corali del 1300. Di rilievo è anche la cosiddetta "Croce dei Pisani", croce fiorita di inizio Quattrocento realizzata dall'orafo piacentino Vincenzo di Michele. Una sala specifica è dedicata al Volto Santo, antico crocifisso venerato a partire dal Medioevo in tutta Europa e conservato nella cattedrale di San Martino, a cui si lega gran parte della collezione con oggetti che hanno caratterizzato la sua devozione. 

Nel Museo della Cattedrale si riunisce il prezioso corredo usato per "vestire" ancora oggi il Volto Santo il 3 maggio e il 14 settembre. Tra gli ornamenti si notano: la veste di velluto ricamato in oro e ornata all'orlo da una fascia in argento lavorata ad edicole gotiche con busti di Santi (1382); la grande corona e il collare (1667), entrambi d'oro, opera dell'orafo Ambrogio Giannoni da Massa; il fastoso gioiello di manifattura francese in oro impreziosito da smalti e diamanti donato alla cattedrale nel 1660.