L’accesso è latere del Duomo, in via Lanfranco, attraverso un duplice ordine di volte e un finto porticato. Due sono le sezioni in cui si articola lo spazio espositivo. Anzitutto, all’interno del Museo Lapidario, sono ospitate opere scultoree e architettoniche provenienti per la maggior parte dal Duomo. È qui inoltre visibile parte del patrimonio artistico della cattedrale, in particolare le otto Metope, originali formelle a rilievo di esseri mostruosi tra il fantastico e il sacro, risalenti al XII secolo, che originalmente erano collocate sui contrafforti esterni della navata centrale, e che oggi, per tutelarle dall’usura del tempo e degli agenti atmosferici, sono state sostituite da copie. Numerosi altri materiali d’età romana e frammenti d’arredo con motivi aniconici altomedievali sono ospitati nelle altre sale.

Il Museo del Duomo, è invece stato allestito in alcuni locali appositamente ristrutturati in occasione del Giubileo del 2000. La ricchezza delle opere esposte sta nella possibilità di avvicinarsi a una ricca collezione di opere d’arte, parati e suppellettili liturgiche, testimonianza della forte vitalità della chiesa modenese nel corso dei secoli. Tra le altre opere si segnalano la Stauroteca di Panterio (sec. XI), l’altarolo portatile di San Geminiano (sec. XI) e la Pace di Jacopo da Porto (sec. XV). Sono inoltre qui conservati parametri liturgici, argenteria d’altare e reliquiari, nonché, in un’apposita sala, splendidi arazzi, tra i quali uno in particolare, tessuto a Bruxelles tra il 1560 e il 1570, raffigurante le "Storie della Genesi". Nell’ultima sala, è permanentemente ospitata una mostra di codici dell’annesso Archivio Capitolare.