El museo tiene su sede en algunos locales del ex convento dominicano de Santa Croce ed Ognissanti, fundado en 1566 por el papa Pío V, nativo de Bosco Marengo. En la segunda mitad del siglo XIX, la propiedad del convento pasó al Estado y fue utilizado como reformatorio juvenil hasta 1989.

En 1999 se planteó la posibilidad de acceder a los fondos del jubileo del 2000 para la restauración de una parte del ex convento, incluidos los locales originalmente destinados a sacristía y sala capitular con el fin de destinarlos a uso museístico. El núcleo principal del museo estaría formado por las tablas menores que formaban parte de la original obra del altar mayor de la iglesia anexa, conocida como máquina vasariana, desmantelada en 1712 y reemplazada por el actual altar mayor.

En octubre de 2011 se inauguró el museo con el montaje de la primera sala en la que, además de las 10 tablas menores del proyecto inicial, también se añadió la gran tabla del "Martirio de San Pedro de Verona", que había sido restaurada y retirada de su ubicación anterior en la iglesia. El núcleo principal del museo está formado por las tablas procedentes del majestuoso altar mayor de la iglesia diseñado por Giorgio Vasari. Las pinturas fueron realizadas por Giorgio Vasari y su taller.

En 1712, el altar fue desmantelado y las pinturas que lo decoraban se distribuyeron de diversas formas en la iglesia. El objetivo del museo es reunir nuevamente las tablas que formaban la "máquina vasariana", haciéndolas más legibles en la lógica de su ubicación original.

En 2015 se instalaron temporalmente otras salas con objetos, paramentos sagrados y libros relacionados con la figura del Papa fundador del convento, pertenecientes a su familia y llegados al municipio de Bosco Marengo. En otros locales del Museo ya equipados, en un futuro próximo, se ubicarán cuadros y objetos sagrados, actualmente en proceso de restauración o ya restaurados, que formaban parte del mobiliario de la iglesia y del convento.

Los locales del museo, al igual que el resto del ex convento, forman parte del patrimonio estatal y están cedidos en concesión al Municipio de Bosco Marengo, que los gestiona con la colaboración de la Asociación local Amigos de Santa Croce; la iglesia y las obras expuestas forman parte del Fondo para los Edificios de Culto (FEC) bajo la supervisión del Ministerio del Interior.