En él podemos ver, con un montaje dotado de los más sofisticados medios técnicos de seguridad y conservación, las siguientes obras:
La Biblia Mozárabe, escrita por Juan Diácono el año 920, quien en varias iluminaciones de la misma pide que se rece por él. Contiene los libros proféticos, los de los Macabeos, el Nuevo Testamento y la vida de San Froilán; es de suponer que el resto de los escritos bíblicos se reservase para un primer tomo, hoy desaparecido. Tiene 275 folios, a dos columnas, con extraordinarias miniaturas de inspiración oriental, interpretadas con las más puras formas "picasianas"; esto se aprecia de manera especial en las páginas de las concordancias, con los símbolos de los evangelistas bajo sencillos arcos de herradura; abundan pájaros fantásticos, cuadrúpedos, seres vivos en atrevida metamorfosis.
El famoso "Libro de las Estampas" de la Catedral de León, de finales del siglo XII. En 44 pergaminos de pequeño tamaño se recogen los testamentos de los reyes leoneses en favor de la Catedral; excepto el retrato de Ordoño II, que fue arrancado entre los años 1969-1977 en que dicho documento permaneció robado fuera de España, se intenta representar de forma idealizada a los siguientes monarcas: Ordoño III, Ramiro III, Bermudo II, Fernando I, Alfonso V, Alfonso VI y la condesa doña Sancha. Se utiliza la letra carolina minúscula; los colores conservan la frescura del primer momento, resaltando los azules y los rojos sobre la palidez dominante del resto. Estas figuras tienen mucha similitud con algunas de las representadas en las vidrieras, pudiendo haber sido una de las fuentes de inspiración para las mismas.
El otro códice, considerado por muchos historiadores como único en el mundo,, es el Antifonario Mozárabe. Lo copió el abad Totmundo, dedicándoselo al abad lkila, cuya entrega se recoge en una miniatura. Parece que salió del monasterio leonés de san Cipriano del Condado, en las riberas del río Porma. En él se transmiten "antífonas" o piezas litúrgicas para ser cantadas; cuenta con 276 folios llenos de melismas sueltos, sin clave, lo que ha hecho imposible la interpretación. Además de sus originales miniaturas de tipo geométrico, hay escenas evangélicas, aves, abundante flora, etc. Es del siglo X.
En orfebrería, es de gran valor histórico la cruz de Fuentes de Peñacorada, mozárabe del siglo X, con inscripción alusiva a santa Marina, que era la titular de una ermita desaparecida en la citada localidad. Verdadera joya es un relicario bizantino, regalado por el Patriarca de Jerusalén al rey Alfonso VII, el año 1128-, en él se representa a Cristo Majestad acompañado por la tetramorfos, y a la Virgen María, orante, al modo oriental. Destaca también el báculo del obispo Pelagio, encontrado en su tumba: es del siglo XI, cuando el obispo regía la diócesis. Tallado en madera, en una de sus caras se efigian dos personajes de pie, saludándose; en la otra, aparece un águila con las alas desplegadas. En los extremos de su "tan" hay dos hermosas cabezas de serpiente.
En la contigua, de reducido tamaño, hay una serie de pequeñas tallas, de factura muy sencilla, fabricadas por el clásico "santero" popular. Se trata de un arte "naif", ingenuo, aunque lleno de encanto. También fueron objeto de veneración por parte de los antepasados y su presencia aquí, además de testimonial, pretende enriquecer el carácter pedagógico que tiene todo el museo. Allí mismo pueden verse varios objetos, todos muy populares, que un día sirvieron para el culto: portapaces, navetas, etc.
Los otros dos espacios serían propiamente "las salas de arqueología", donde se recogen piezas del fondo arqueológico, muy rico, procedentes de la catedral y de la provincia en su mayoría. Entre ellas destacamos: la interesante colección de restos líticos, recogidos por D. Eugenio Merino, adquiridos posteriormente por el Cabildo, como otras piezas de bronce, sigillatas y objetos que ofrecen un valioso muestrario de la cultura leonesa de los tiempos prehistóricos, celtas y romanos; destacan por su finura: el perro de Villasabariego, la pareja de guerreros de Valdepolo y la espada del Bronce 11 de Veguellina de órbigo. No falta un gran muestrario de fíbulas, ánforas, útiles u objetos de adorno, como una pulsera de gran tamaño encontrada en Riaño, de la cultura cántabra, etc. No faltan muestras de arte egipcio, donadas por coleccionistas particulares, como gran parte de lo anterior.
Cuelgan cuadros, relieves y esculturas de distintos maestros y escuelas, principalmente la castellana, de los siglos XVI y XVII, continuando la temática de la Sala Capitular, de temas renacentistas.
La obra más conocida es el Crucificado de Juan de Juni, la mejor expresión de su madurez como artista; fue realizado para el trascoro, en concurso con Bautista Vázquez; comprado el año 1576, el Cabildo lo destinó a presidir la librería. Representa a Cristo muerto; el artista juega con las masas de carne, convulsas y apretadas, trasladando al espectador todo el dramatismo interior que masca el Crucificado. No se hacen concesiones a la mística ni al embellecimiento fácil y la aparente desproporción de su cuerpo se debe a las exigencias de la perspectiva, pues fue pensado, como dijimos, para contemplarse a varios metros de altura.
Siguiendo la línea junesca, hay en la misma sala un sagrario de cinco tableros con tallas de la Pasión casi miniada, procedente de la capilla de los Villapérez. Tienen mucho que ver con la gubia de Guillermo Doncel del retablo de Valencia de Don Juan, también del siglo XVI; probablemente todos fueron inspirados en grabados comunes, lo mismo que el relieve de la oración del Huerto, en panel de medio punto, que se expone más adelante. Éste procede de Villavidel, aunque allí había sido llevado en el siglo XVII desde la iglesia de San Marcos de León, protectora de dicha parroquia.
Con bastante certeza se atribuyen también a Doncel varios relieves, de excepcional calidad, procedentes de la iglesia parroquias de Nava de los Oteros. Dos de ellos: la aparición de Cristo a Magdalena y la Transfiguración del Señor, conservan el dorado y la policromía; los restantes, como Visitación, la Anunciación, la Natividad, la Santa Cena, la Resurrección de Cristo, etc., evidencian la madera de nogal en su color.
Un grupo escultórico de gran expresividad, atribuído a Becerra, es el de santa Ana enseñando a leer a la Virgen, procedente de Toral de los Guzmanes; es una de las piezas más romanistas de] Museo, como lo es también el sagrario de la antigua iglesia del Salvador, en forma de templete de base semicircular compuesto por dos cuerpos: el inferior está constituido por dos portezuelas con los relieves de la Crucifixión y del Descendimiento, enmarcadas por columnillas de tercia; en el superior, poligonal de tres caras, hay pequeñas esculturas del Ecce Horno, san Pedro y san Pablo, bajo hornacinas y entre pares de columnillas de fuste liso.
De la escuela de Berruguete es un relieve en el que aparece san Jerónimo penitente, de finísimo estofado, procedente de Gradefes. En la misma sala hay una buena talla de bulto de san Roque, atribuido a Anchieta, con un claro "pathos" miguelangelesco; es del siglo XVI y procede de Riaño. Otras obras escultóricas de menor importancia se distribuyen a lo largo de la sala: unas inspiradas en Juni, como la Virgen de las Candelas, procedente de Marne, y otras con el sello de lo mejor de la escuela castellana del XVI: el grupo de los cuatro evangelistas, por ejemplo, o las tallas de san Miguel.
En pintura, la obra cumbre es el cuadro de la Adoración de los Reyes, de Pedro de Campaña, siglo XVI. Aunque es un cuadro bastante ecléctico, su calidad es de difícil superación; contrasta el color de la carne blanca de la Virgen y el Niño, llena de simbolismo, con la del resto de las figuras y el fondo; hay un estudio anatómico perfecto en las manos de todos los personajes, que marcan una diagonal desde el ángulo inferior derecho hasta el superior izquierdo, adoptando diversas formas de lenguaje con los dedos. Otra pintura de excelente calidad, recientemente restaurada, es la que representa a la Virgen con el Niño, obra casi segura de Julio Romano; donde se aprecia la línea más fuerte del rafaelismo.