Il Museo fu istituito inizialmente come Pinacoteca negli anni Venti del Novecento ma in realtà il governo cittadino fu sempre coinvolto nell’arricchimento delle collezioni artistiche, commissionando opere a prestigiosi artisti già dal XVI secolo, per ornare e rendere più importante il Palazzo Comunale.
Il punto di partenza fu ovviamente offerto dalla Resurrezione di Piero della Francesca, emblema e simbolo della città, affrescato intorno al 1460 nella Sala dei Conservatori del Palazzo della Residenza.
Nella seconda metà del Cinquecento poi il Comune chiamò a decorare la Cappella della Residenza i Bassano, famosi pittori veneti assai operosi a Sansepolcro, e acquisì opere di Raffaellino del Colle e Leonardo Cungi.
Nel corso del Seicento, in occasione di una visita di Leopoldo II, la primitiva raccolta fu incrementata grazie al trasferimento, dal vicino Palazzo Pretorio, delle famose incisioni di Cherubino Alberti.
Dati questi illustri precedenti fu poi naturale inserire in queste stanze, nel 1846, il San Ludovico, staccato dalle pareti del Palazzo Pretorio.