Arcidiecézní muzeum sídlí v budovách kapitulního děkanství a v areálu národní kulturní památky Přemyslovský palác.
Součástí prohlídkové trasy je i románský biskupský palác Jindřicha Zdíka (Přemyslovský palác) a kaple sv. Barbory. Stálá expozice muzea seznamuje návštěvníky s duchovní kulturou olomoucké arcidiecéze. V obrazárně jsou zastoupena špičková malířská díla shromažďovaná olomouckými biskupy od 16.století. Součástí objektu je i koncertní sál "Mozarteum", pojmenovaný na památku zdejšího pobytu slavného hudebního skladatele W. A. Mozarta. Muzeum nabízí také 25 sluchátek audioprůvodce v češtině, angličtině, němčině a polštině.
Jedná se o nejvýznamnější stavební památku palácového typu v českých zemích. Podle průzkumů palác vznikl těsně před polovinou 12. století. Přestože se z budovy dochovala jen severní a západní obvodová zeď, kvalita sochařské výzdoby sdružených dvojdílných a trojdílných románských oken svědčí o řemeslné i umělecké zručnosti stavebníků. Kolem poloviny 14. století byla zbořena románská křížová chodba a na jejím místě vznikl nový ambit ve slohu vrcholné gotiky. Na stěnách křížové chodby se zachovaly pozdně gotické a raně renesanční nástěnné malby z 1. čtvrtiny 16. století, které představují novozákonní biblické výjevy. Ke gotické křížové chodbě byly postupně přistavěny dvě kaple: na západní straně vznikla v 1. polovině 14. století kaple sv. Anny (přestavěná v 17. století) a na severní straně v 1. polovině 15. století kaple sv. Jana Křtitele. Zde je umístěna expozice fragmentů architektonické a sochařské výzdoby baziliky sv. Václava a paláce, archeologických nálezů, mincí a rukopisů.
Stálá expozice Arcidiecézního muzea je sestavena do dvou základnách okruhů, z nichž první nazvaný Umění olomoucké diecéze je koncipován chronologicky a zahrnuje všechny umělecké obory (architektonické fragmenty, malířství, sochařství, umělecké řemeslo - zlatnické práce i textilie aj.).
V dalším expozičním okruhu nazvaném Sběratelství olomouckých biskupů je představena obrazová kolekce zahrnující významná díla italské, nizozemské i středoevropské provenience. Původ sbírky sahá do 17. století a tvoří jednu z nejkvalitnějších středoevropských kolekcí starého malířství.
Další stránku arcibiskupského sběratelství naznačují soubory slonovinových řezeb a numismatických památek. Expozici doplňují navazující tématické celky. Speciální prostory Kabinetu textilu a trezorové Klenotnice představují unikátní výběr liturgických textilií a zlatnických předmětů z období gotiky, renesance a baroka. Archeologické nálezy podchycují bezmála šest tisíc let osídlení Olomoucka a význam lokality ve velkomoravské době.
Představena je rovněž samotná instituce arcibiskupství, osobnosti jednotlivých biskupů a arcibiskupů. Zvláštní místo je věnováno i významným kapitolám z hudebních dějin diecéze s důrazem na mecenát olomouckých biskupů a arcibiskupů.
Prostor kaple sv. Barbory seznamuje prostřednictvím liturgických předmětů s principy bohoslužebné praxe a jejího symbolického jazyka v kontextu církevního roku.