Le 30 sale che ospitano i capolavori del museo occupano una superficie di 2000 mq all’interno del Palazzo Apostolico posto al lato della Basilica, realizzato su disegno del Bramante nel 1507 e con la partecipazione di numerosi illustri architetti tra cui il celebre Luigi Vanvitelli.
Nel Museo sono custoditi affreschi staccati dalla Basilica e dipinti di grandi artisti, tra i quali Lorenzo Lotto che visse a Loreto gli ultimi anni della sua vita.
Una decina degli arazzi conservati sono stati realizzati su cartoni o copia di cartoni di Raffaello Sanzio.
La sezione della pinacoteca dedicata all'arte contemporanea costituita nel 1994 viene arricchita periodicamente con nuove acquisizioni.
Il Tesoro della Santa Casa costituisce una delle peculiarità del museo ed è costituito da preziose opere di oreficeria, ex voto scampati alla depredazione napoleonica del 1797 e al furto del 1974.
La collezione delle maioliche dell'antica spezieria della Santa Casa, giudicata una delle più prestigiose del genere, è costituita da centinaia di pezzi realizzati tra il XVI ed il XVIII secolo, decorati con scene bibliche e mitologiche.
Apprezzabili anche i mobili del XVI e XVII secolo che ornano le sale del primo piano e che costituivano in passato l’arredo d’uso originario del Palazzo.