Il Museo del Santuario di San Nicola da Tolentino è stato riaperto il 5 luglio 2005 con un nuovo allestimento. E' costituito da diverse sezioni: quella artistica, quella delle ceramiche, quella degli ex voto e quella dei presepi.
La grandiosa sezione delle opere d'arte racchiude tra gli altri il celebre gruppo ligneo raffigurante la Natività attribuito al Maestro dei Magi di Fabriano e la monumentale pala di Marchisiano di Giorgio, già nell'altare maggiore della basilica, realizzata tra il 1518 e il 1526: l'opera, di proprietà della Galleria Nazionale di Arte Antica di Roma, è stata gentilmente concessa in deposito e potrà essere ammirata fresca di restauro insieme alle altre parti di cui era composta, ovvero la lunetta e la cimasa. Nel percorso storico artistico sono presenti opere significative come Le nozze mistiche di Santa Caterina d'Alessandria con San Nicola da Tolentino e Sant'Antonio da Padova di Simone de Magistris, opere caravaggesche e L'apparizione della Madonna di Loreto a San Nicola da Tolentino, attribuito a Antonio Francesco Peruzzini. Figura inoltre una piacevole sorpresa: un dipinto inedito raffigurante San Nicola da Tolentino riconosciuto e attribuito da Maria Giannatiempo Lopez a Simone de Magistris. Le stanze presentano anche un insieme corposo di ex voto in argento, tra i quali si ricordano San Nicola da Tolentino di Giuseppe III di Spagna, argentiere romano del XVIII secolo, e San Nicola appare a Marc'Antonio Colonna di ignoto argentiere del XVII secolo recante un'iscrizione con il nome del miracolato "Colonna Dux Palleani et Tallecotii".
Il corpus delle ceramiche è invece il frutto di una donazione al comune di Tolentino, nel 1933, da parte del cardinale Tacci: tra i manufatti alcuni sono di Castel Durante, altri sono esemplari delle maioliche di Faenza, ceramiche di Savona, vasi da farmacopea e prodotti di arte abruzzese dei secoli XVII e XVIII. Da non dimenticare oggetti preziosi e rari destinati all'arredo degli altari e necessari alla celebrazione liturgica: tra questi si annoverano reliquiari, pissidi, pannelli, busti come quello dell'orafo argentiere Stefano Lepre recante il ritratto di un San Nicola imberbe, realizzato nel XVIII secolo.