Il Museo Diocesano Tridentino fu fondato nel 1903 con lo specifico intento di salvaguardare il patrimonio di arte sacra della diocesi e di porsi quale prezioso strumento didattico per i sacerdoti che frequentavano il corso di Arte sacra e Archeologia cristiana, tenuto presso il Seminario teologico dove il museo ebbe la sua prima sede. Nel 1908 il direttore, don Vincenzo Casagrande, pubblicò lo statuto del museo e il catalogo delle opere: si tratta di un documento prezioso perché elenca puntualmente l’iniziale patrimonio museale che, di lì a poco, sarebbe stato forzatamente smembrato. Con lo scoppio della prima guerra mondiale infatti il seminario fu requisito e adibito a ospedale militare: non potendo più custodire in quel luogo le collezioni, si provvide a imballarle con grande cura e a trasferirle presso la sacrestia della cattedrale e in altri depositi. Iniziava così un’esistenza virtuale del museo che rimase per anni privo di una propria sede espositiva. Solo nel 1963, in occasione delle celebrazioni del IV centenario del Concilio di Trento, al Museo Diocesano Tridentino venne assegnato quale sede permanente l’antico Palatium Episcopatus (l’edificio adiacente la cattedrale, comunemente denominato Palazzo Pretorio), nell’Alto Medio Evo residenza dei vescovi di Trento.
Si trattò di una sorta di rifondazione del museo che, finalmente, poté essere riaperto al pubblico. Non tutti gli ambienti però erano stati restaurati e resi disponibili alla visita; non tutte le raccolte avevano trovato adeguata sistemazione nel primo assetto espositivo. Nel 1989, in concomitanza con la riapertura dello scavo della Porta Veronensis, si diede avvio a una nuova, radicale ristrutturazione del palazzo. Al contempo si procedette alla catalogazione delle raccolte, in gran parte ancora conservate nei depositi, e al restauro delle opere da inserire nel nuovo percorso espositivo. Il 29 aprile 1995 Giovanni Paolo II inaugurò le rinnovate sale del museo, allestite con rigorosi e innovativi criteri museografici al fine di produrre un corretto equilibrio tra esigenze conservative ed espositive.
Al museo compete anche la custodia della basilica paleocristiana di S.Vigilio e dei reperti rinvenuti nel corso degli scavi effettuati nel sottosuolo della cattedrale tra il 1964 e il 1977 (direzione I. Rogger). L’edificio deve la sua prima origine alla sepoltura dei missionari d’Anaunia Sisinio, Martirio e Alessandro, trucidati in Val di Non il 29 maggio 397, accanto ai quali fu inumato anche Vigilio, terzo vescovo e patrono di Trento. L’edificio, sviluppatosi tra la fine del IV e il VI secolo, rivestì da principio il ruolo di basilica cimiteriale, ovvero di santuario con funzione essenzialmente commemorativa. La basilica, che tra IX e X secolo assunse la funzione di cattedrale cittadina, subì nel tempo una lunga serie di trasformazioni, fino ad essere solennemente consacrata dal patriarca di Aquileia e dal vescovo Alemanno il 18 novembre 1145.