Dal 1936 il Museo è ospitato a Palazzo Mosca, edificio storico nel cuore del centro a pochi passi da Piazza del Popolo.
Offre una sezione permanente ed una dinamica dedicata ad esposizioni temporanee che consentono di dare visibilità nel tempo ai numerosi tesori conservati nei ricchi depositi. La sezione permanente espone dipinti e disegni dal XIV al XVIII secolo provenienti da chiese e collezioni private cittadine. Fulcro del museo è la pala di Giovanni Bellini con l’Incoronazione della Vergine, capolavoro assoluto del rinascimento italiano e vera e propria summa della pittura sacra del XV secolo. Uno spazio importante è dedicato alle arti applicate, tra cui emerge la prestigiosa raccolta di maioliche rinascimentali che documenta la produzione del Ducato di Urbino nel XVI secolo. Accanto alle splendide ceramiche istoriate, il pubblico può ammirare una selezione di arredi, oggetti e suppellettili di materia e tecnica diversa realizzati tra il XVII e XIX secolo e sculture dal XV al XVIII secolo. Le sale dedicate a nature morte del Sei-Settecento accolgono tra l’altro una scenografica esposizione di maioliche floreali, in particolare quelle decorate “alla rosa”, produzione che segna il grande successo di Pesaro in quest’arte nel Settecento.