Музей произведений собора находится на Соборной площади. Он расположен в некоторых помещениях Епископского дворца (16 век), примыкающего к кафедральному собору. Музей произведений собора в Прато обладает одной из самых богатых коллекций в Италии среди музеев подобного рода.
В 1967 году под собрание музея были отданы два зала Епископского дворца. В 1976 году в коллекцию были собраны произведения искусства со всей епархии, и музей был расширен. В 1980 году музей был соединен переходом с помещениями, расположенными под трансептом собора. В 1993-96 годах экспозиция заняла ещё несколько помещений, расположившись, таким образом, вокруг романского внутреннего двора собора (12 век). Арки внутреннего двора опираются на колонны из белого мрамора, украшенные капителями с зооморфными мотивами. Двор отделан полосками зелёного серпентина.
В зале 13-14 веков можно видеть живописные и скульптурные произведения обозначенного периода. Самым древним экспонатом является «Лик Христа» - деревянная скульптура, датируемая 1220-30 годами. В этом же зале можно видеть горельеф из песчаника, подписанный Джирольдо да Комо и деревянную статую «Богоматерь с младенцем» (около 1310-30 годов). Из живописных работ следует обратить внимание на «Пратскую Богоматерь» (около 1320 года), «Богоматерь с младенцем» (около 1365 года). Примечательны изображения на двух панелях святых Матфея и Иоанна, Иакова и Антония (1415, Джованни Тоскани), изображения святого Иакова и святого Иоанна Крестителя (1370, Джованни Бонси) и др. В зале также выставлены сосуды и кресты 13-14 века.
В следующем зале экспонируются предметы культа, облачения, расшитые ткани, миниатюры 15-19 веков.
Ещё один зал назван в честь главной реликвии Прато – пояса пресвятой Богородицы. В зале выставлены покровы из тканей и серебра, заказанные для статуи Богородицы, украшающей алтарь капеллы Пояса. В этом же зале можно видеть рельефы из белого мрамора работы Никколо ди Чекко дель Мерча и его сына Сано.
За Залом пояса начинается археологическая зона, где выставлены найденные при раскопках предметы, относящиеся к этрусской эпохе (4 век до н.э). В основном, эта эпоха представлена керамикой. В археологической секции есть также экспонаты лангобардского периода и Средневековья (до 15 века): женское захоронение (9 век), печи (9-10 век) и др.
Жемчужина музейного собрания живописи эпохи Возрождения (15-16 века) – алтарный образ «Погребение святого Иеронима» кисти Фра Филиппо Липпи (около 1453 года). Ещё один образ – «Богоматерь с младенцем и святыми Иустом и Климентом», написан в 1449 году, предположительно, одним из мастеров, тесно сотрудничавших с Липпи – Пьеро ди Лоренцо ди Пратезе. В зале также выставлено «Распятие», приписываемое Боттичелли и работы других художников эпохи Возрождения.
В особом зале музея хранятся оригинальные рельефы наружного амвона собора, выполненные в 1434 - 1438 годах скульптором Донателло. В 1970 году оригинальные рельефы были заменены на копии, после реставрации оригиналы были выставлены в музее собора.
В следующем зале размещаются ювелирные произведения, статуэтки и небольшие картины 16-19 веков. Отдельный зал занимает собрание живописи 17 века (Маттео Росселли, Эмполи, Марио Баласси, Ливена Мехуса и др.).
Из внутреннего двора можно попасть в капеллу Мильорати с надгробием 12 века. Из капеллы через коридор, построенный в 1980 году, можно перейти в так называемый «Антиквариум» – помещения под собором. До 18 века эти помещения использовались для захоронений. Сейчас в них выставлены предметы, найденные при раскопках на территории собора и Епископского дворца. Далее расположена капелла общества святого Стефана, покрытая фресками начала 15 века. Из коридора, ведущего к капелле, также можно выйти к старинному колодцу, рядом с которым сохранились фрески 1390-1400 годов – «Добрый пастырь со святыми Николаем и Франциском», приписываемые кисти Франческо ди Микеле. С другой стороны расположены фрески, выполненные Антонио ди Миниато (15 век). Далее можно видеть фреску «Погребение Христа с пресвятой Девой Марией и святым Иоанном» (1340, Бонаккорсо ди Чино) и погребальную капеллу Гуиццельми, расписанную в начале 16 века.