Nel Museo è raccolto tutto ciò che documenta la storia del sacro lino dalla seconda metà del Quattrocento, quando divenne proprietà di Casa Savoia.

Reperti, oggetti, libri, documenti, stampe e dipinti, testimoniano e illustrano le pubbliche Ostensioni. Oggetti di particolare significato sono la cassetta utilizzata per il trasporto della Sindone a Torino nel 1578 e quella d'argento che l'ha conservata dalla fine del 1500 al 1998.

Il museo offre un'informazione molto ampia sulle ricerche sindonologiche, dalle prime riproduzioni fotografiche da cui presero il via le indagini scientifiche, fino ai più recenti risultati.