Les collections ramènent d’abord le visiteur à l’époque gallo-romaine avec les découvertes cultuelles faites ces dernières années à Arras : temple d’Attis et Cybèle et sanctuaire germanique illustrent deux aspects méconnus de la religion au Bas-Empire, tandis que le trésor de Beaurains apporte la seule preuve de l’entrée de Constance Chlore dans Londres en 296.
Mais c’est la sculpture médiévale, située dans les galeries du cloître, qui vient en tête des collections avec des œuvres majeures : deux anges en bois polychrome dits de Saudemont du XIIIe siècle, la dalle funéraire en mosaïque de l’évêque Frumaud, un célèbre fragment de gisant du XIVe siècle d’une infinie délicatesse, l’effrayant transi de Guillaume Lefranchois du XVe siècle. Eléments d’architecture, sculptures, art funéraire, tapisseries (Saint Vaast apprivoisant l’Ours – rare témoignage de la tapisserie de haute lisse à Arras) complètent le parcours.