Situato all'interno della Basilica, il museo occupa una sala nuova (ex-Sagrestia dei Frati ristrutturata), che ospita le opere legate alla vita di S.Ambrogio (tra cui il suo letto funebre) e alle fasi antiche dell'edificio, e una vecchia (Capitolino, sede museale dal 1999), in cui sono esposti manufatti in pietra e stucco e opere che fanno parte del patrimonio che si è stratificato nei secoli. Oggetti disomogenei per dimensioni e per tipologia.
Per ogni opera è stata individuata una collocazione specifica e realizzato un arredo progettato su misura, dalle vetrine ai “cavalletti” per gli oggetti in pietra, ai supporti specifici come quello per i pleurants.
Nella loro diversità formale, gli arredi hanno in comune l'attenzione alle quote di visione, rispettose delle esigenze di bambini e persone in sedia a rotelle, e i materiali: ferro, legno laccato e cristallo. Il colore principale è il grigio scuro, per risaltare il cromatismo delle opere, con accenti in blu scuro.
Le vetrine sono autoilluminate e grande attenzione è stata data alla qualità dell'illuminazione progettata da Giambattista “titta” Buongiorno; la comunicazione è affidata a più strumenti, tra cui didascalie lunghe per ogni opera.
La tomba Cotta, al termine del percorso, è valorizzata dal vuoto e dalla luce.
Come sempre il risultato finale e il frutto della collaborazione di vari professionisti (tra gli altri l'arch. Agaetano Arricobene per i restauri architettonici e Giambattista “Titta” Buongiorno per la progettazione dell'illuminazione) e delle scelte di un Comitato Scientifico coordinato da Miriam Tessera. Conservatore l'architetto Carlo Capponi.