El Museo de la Colegiata de Santa María la Mayor de Calatayud se ubica en el claustro mudéjar del templo y ocupa diversas estancias del mismo. Está concebido como una exposición permanente de piezas destacadas del patrimonio mueble de la colegiata. El museo puede ser visitado gracias a la colaboración establecida para su gestión entre el abad y la Asociación Torre Albarrana de Calatayud.

Inaugurado en 2006, se aprovechó la infraestructura creada para la exposición Mater Purissima. La Inmaculada Concepción en el arte de la Diócesis de Tarazona, con motivo de la cual se llevo a cabo además la restauración de gran número de piezas ahora expuestas.

Piezas señaladas del Museo de Santa María son el conjunto de pintura gótica, expuesto en la sala capitular vieja, a la que se accede por una amplia portada en arco apuntado, entre dos ventanas geminadas, todo ello de alabastro; la rica orfebrería que conserva el templo, que se muestra en su mayor parte en la sala capitular nueva, y una interesante colección de esculturas y pinturas que abarcan desde el románico al barroco. Cabe destacar una importante colección de manuscritos, libros corales y otros documentos.

Una segunda fase del museo se instaló en la parte superior del claustro en diciembre de 2011. Estas nuevas salas albergan parte de la rica colección de ropas litúrgicas que conserva la colegiata, además de otros objetos vinculados al culto. Cuenta además con una sala de exposiciones temporales, estrenada con una muestra titulada Imágenes de María en la Colegiata, y un aula cultural.