El museo está ubicado en algunas salas del antiguo convento dominico de Santa Croce ed Ognissanti fundado en 1566 por el Papa Pío V, natural de Bosco Marengo. En la segunda mitad del siglo. XIX la propiedad del convento pasó al Estado y fue utilizado como reformatorio de jóvenes hasta 1989.

En 1999 se pudo acceder a los fondos del jubileo del 2000 para la restauración de una parte del antiguo convento incluyendo las estancias originalmente destinadas a la sacristía y la sala capitular con el fin de destinarlas a uso museístico. El núcleo principal del museo lo habrían formado los paneles menores que forman parte del retablo original del altar mayor de la iglesia anexa denominado “máquina de Vasari”, desmantelado en 1712 y sustituido por el actual altar mayor.

En octubre de 2011 se inauguró el museo con la preparación de la primera sala en la que, además de los 10 paneles menores del proyecto inicial, se añadió el gran panel del "Martirio de San Pedro de Verona", mientras tanto restaurado y quitado del anterior colocación en la iglesia. El núcleo principal del museo lo constituyen los paneles del majestuoso altar mayor de la iglesia diseñado por Giorgio Vasari. Las pinturas fueron realizadas por el mismo Giorgio Vasari y su taller.

En 1712 se desmanteló el altar y las pinturas que lo decoraban se dispusieron de forma diversa en la iglesia, el museo tiene como finalidad reunir las tablas que componían la "máquina Vasari" haciéndolas más legibles en la lógica del emplazamiento original.

En 2015 se habilitaron temporalmente las demás salas con objetos, vestiduras sagradas y libros relacionados con la figura del Papa fundador del convento, que pertenecieron a su familia y llegaron al municipio de Bosco Marengo. En otras salas del Museo ya equipadas, se colocarán próximamente pinturas y objetos sacros, en proceso de restauración o ya restaurados, que forman parte del mobiliario de la iglesia y del convento.

Los locales del museo, al igual que el resto del antiguo convento, forman parte de la propiedad estatal del Estado y están entregados en concesión al Municipio de Bosco Marengo que los gestiona con la colaboración de la Asociación local de Amigos de la Santa Cruz; la iglesia y las obras expuestas forman parte del Fondo de Edificios Religiosos (FEC) que lidera el Ministerio del Interior.