Il Museo provinciale "Sigismondo Castromediano" è il museo più antico della Puglia, fondato nel 1868 da Sigismondo Castromediano, duca di Cavallino; conserva numerose testimonianze della civiltà messapica e degli insediamenti romani. Nella sezione preistorica è stata ricostruita la Grotta dei Cervi di Porto Badisco, con interessanti pitture rupestri. Nella Pinacoteca, situata al piano superiore del palazzo, sono esposti dipinti che documentano gli influssi bizantini e veneziani sul lavoro degli artisti locali, dal medioevo fino al XVIII secolo (opere di Bartolomeo Vivarini, Paolo Finoglio, Pacecco De Rosa, Agostino Beltrano, Antonio Verrio e Oronzo Tiso). Una sezione è dedicata alle cosiddette arti minori: ceramiche, vasellame, avori, bronzi e argenti di età barocca.

Dopo la morte del duca Castromediano, il museo fu lasciato in balia di se stesso e molti reperti conservati al suo interno andarono ad arricchire altri musei d'Italia, tra cui quello di Taranto, che col tempo si arricchì al punto tale da diventare museo nazionale, a scapito del più antico museo di Lecce, che rimase sempre Museo provinciale. Da diversi anni, comunque, ha accresciuto notevolmente il proprio prestigio, specie per via dell'inaugurazione di un padiglione dedicato al grande tenore leccese Tito Schipa, famoso nel mondo.

Nello stesso plesso è presente la biblioteca provinciale, contenente oltre 1000 scritti tra libri, riviste e giornali d'epoca. Oltre ad essa è presente una grande sala studio.