W zabytkowych szesnastowiecznych budynkach otaczających Katedrę mieści się Muzeum Diecezjalne w Tarnowie - najstarsze muzeum diecezjalne w Polsce.
Najważniejszy dział zbiorów stanowią zabytki sztuki cechowej - gotyckiej rzeźby i malarstwa z terenu Małopolski. Drugi dział zbiorów obejmuje tkaniny kościelne (ornaty, kapy itp.) od czasów średniowiecza aż po wiek XIX. Tarnowskie Muzeum Diecezjalne posiada także dział sztuki ludowej, gdzie na szczególną uwagę zasługują obrazy ludowe malowane na szkle, pochodzące z terenu Europy, a także innych kontynentów.