Die 30 Säle des Museums, in denen wahre Kunstschätze aufbewahrt werden, erstrecken sich über eine Fläche von 2000 Quadratmetern im Apostolischen Palast neben der Basilika.
Dieser wurde 1507 nach einem Entwurf von Donato Bramante erbaut und später von bedeutenden Architekten wie Luigi Vanvitelli vollendet.

Das Museum beherbergt Fresken aus der Basilika sowie Gemälde großer Meister, darunter Lorenzo Lotto, der seine letzten Lebensjahre in Loreto verbrachte.

Etwa zehn der ausgestellten Wandteppiche wurden nach Entwürfen oder Kopien von Kartons Raffaels gefertigt.
Die zeitgenössische Kunstabteilung, 1994 gegründet, wird regelmäßig durch neue Werke und Schenkungen bereichert.

Der Schatz der Heiligen Casa, eine der bedeutendsten Sammlungen des Museums, umfasst kostbare Gold- und Silberschmiedearbeiten, darunter Ex-Voto-Gaben, die die napoleonische Plünderung von 1797 und den Diebstahl von 1974 überstanden haben.

Besonders hervorzuheben ist auch die Sammlung von Majoliken aus der alten Apotheke der Heiligen Casa – eine der renommiertesten ihrer Art.
Sie umfasst Hunderte von Stücken aus dem 16. bis 18. Jahrhundert, geschmückt mit biblischen und mythologischen Szenen.

Abgerundet wird der Besuch durch Möbel aus dem 16. und 17. Jahrhundert, die einst zur ursprünglichen Ausstattung des Palastes gehörten und heute die Säle des ersten Stocks zieren.