Il Museo Diocesano Tridentino venne fondato nel 1903 allo scopo di salvaguardare il patrimonio artistico della diocesi e con l'intento di farne strumento didattico per la scuola d'arte e di archeologia cristiana del Seminario Teologico. La sua prima sede fu collocata presso il Seminario Minore, edificio requisito con la prima guerra mondiale per essere adibito a ospedale militare. Di conseguenza le raccolte furono smembrate e ricoverate presso la sagrestia della Cattedrale e altri depositi periferici.
Solo nel 1963, in occasione del IV centenario del Concilio di Trento, il Museo poté avere una sede stabile accanto alla Cattedrale di S. Vigilio, in Palazzo Pretorio, antica residenza dei Principi Vescovi. Si trattò di una sorta di rifondazione del Museo, che ora acquisiva una sede definitiva e centrale. Tuttavia non tutti gli ambienti del palazzo erano stati restaurati, non tutte le raccolte avevano trovato adeguata illustrazione nel primo assetto espositivo.
Nel 1991 Mons. Iginio Rogger promosse una nuova, radicale ristrutturazione del palazzo (progetto arch. Glauco Marchegiani). Con il coordinamento del vice direttore, arch. Domenica Primerano, venne avviato al contempo lo studio delle raccolte, il restauro di opere precedentemente conservate nei depositi, la ridefinizione del percorso espositivo e il nuovo progetto di allestimento, affidato agli architetti Vittoria Wolf e Massimo Iarussi.
Al museo compete anche la custodia della basilica paleocristiana di S. Vigilio e dei reperti archeologici rinvenuti nel corso degli scavi effettuati nel sottosuolo della Cattedrale tra il 1964 e il 1977.