Dal 1985 il Museo ha sede all'interno del Palazzo Ghisilardi-Fava, le prime due sale illustrano la storia del museo con i nuclei principali che contribuirono alla sua formazione: la stanza delle "meraviglie" del marchese Ferdinando Cospi, allestita nel Palazzo pubblico nel 1675, e la raccolta "sperimentale" del generale Luigi Ferdinando Marsili, formata nell'ambito dell'Istituto delle Scienze (1714). Tra il 1742 e il '43 i due nuclei furono trasferiti in palazzo Poggi e incrementati dalla donazione di Benedetto XIV. Fu da quei fondi, aumentati nel tempo da patrimoni soppressivi, lasciti, acquisizioni, che si scelsero i materiali destinati a formare il primo museo civico (1881). Le opere esposte nelle due sale risultano dalla selezione tipologica delle diverse collezioni: tra le testimonianze esotiche figurano uova di struzzo e noci di cocco impreziosite da incisioni, oggetti di provenienza o di gusto orientale. Largo spazio è dedicato agli strumenti scientifici tra i quali un orologio notturno del XVI secolo e lastre di incisioni (1756). Una sala raccoglie parte dei materiali esotici della collezione Palagi.Il percorso museale prosegue con il nucleo medievale e del primo Rinascimento, costituito da opere collegate alla storia cittadina come nel caso della 'Statua di Bonifacio VIII', eseguita nel 1301 per il Palazzo pubblico dall'orafo Manno Bandini da Siena con lastre di rame dorate su anima lignea, il 'S. Pietro Martire' di Giovanni di Balduccio, già in S.Domenico, e le sculture provenienti dalla loggia della Mercanzia. La cultura dello Studio è documentata dai monumenti funebri dei dottori, come quello attribuito a Jacopo Lanfrani, e quelli eseguiti da Pier Paolo delle Masegne e da Andrea da Fiesole. Tra le altre opere scultoree si segnala la 'Lastra Garganelli', unica opera scultorea di Francesco del Cossa. Nella raccolta dei bronzetti figurano il modello per la 'Fontana del Nettuno' del Giambologna, il 'Busto di Gregorio XV' del Bernini e il 'S. Michele Arcangelo' dell'Algardi. Tra gli avori un 'Trittico' della bottega degli Embriachi e gli esemplari della Sierra Leone (sec. XV-XVI). Le arti decorative sono rappresentate da esemplari di oreficeria e medaglistica, vetri, tessuti, armi, alcune di provenienza Bentivoglio, molte dalla collezione Marsili; da segnalare l'armatura da torneo della famiglia Cospi (sec. XVI). Rilevante, in ambito regionale, il nucleo degli strumenti musicali.Nel 1995 si sono aggiunte al percorso espositivo un'importante collezione di codici miniati bolognesi dei secoli XIII-XVI e una ricchissima raccolta di ceramiche composta da 300 pezzi dal XIII al XIX secolo di varia produzione.