Il Museo, aperto dal dicembre 2001, è nato per la volontà della Confraternita del SS. Sacramento di Petriolo ed è dedicato a mons. Marcello Manfroni. L'esposizione si snoda su due piani ed oltre ai legni processionali sono presenti interessanti tele e una pregevole raccolta di argenti. I legni risalgono al XVII-XVIII secolo; dello stesso periodo sono le tele tra cui assume una particolare importanza testimoniale quella che ritrae il cardinale Antonio Doria intento a vergare la lettera con cui dona terreni alla comunità di Petriolo. Presenti poi altre tele della scuola del Lotto e di autori locali.
Tra gli argenti risalta un pregevole ostensorio dell'orafo maceratese Domenico Piani (1782). Inoltre, reliquiari, ex voto, sete ricamate, calici, paramenti sacri in seta e oro, croci, fanali e bastoni priorali della Confraternita. In mostra anche l'archivio storico delle Confraternite risalente al 1553. Il museo è ospitato nei locali soprastanti la sacrestia della Confraternita del Santissimo Sacramento. Edificato nel XV secolo come Cappella dedicata alla Madonna della Misericordia, il Santuario fu ampliato e modificato nel tempo fino ad assumere, nel '700, la forma attuale ad opera dell'architetto Pietro Augustoni di Corno (1741-1815). All'interno della chiesa spicca la statua lignea della Madonna che adora il Bambino firmata e datata Giannantonio Aquilano, 1525. La statua del Bambino, probabilmente perduta durante un incendio documentato nel 1538, venne poi sostituita con l'immagine attuale, opera di Giulio Tomassy.