Dal 2012 sotto la cattedrale è aperto al pubblico l’omonimo Museo le cui esposizioni illustrano le varie fasi di vita dell’edificio sacro. La storia della cattedrale fu controversa e oggetto di numerose supposizioni a causa della mancanza di reperti archeologici e di fonti scritte antecedenti l'età medievale. Soltanto durante i lavori di restauro, iniziati nel corso dell'anno 2004, sono stati rinvenuti elementi concreti che hanno permesso di ricostruire con adeguata precisione la sequenza temporale delle modifiche subite sia dalla cattedrale sia soprattutto dall'impianto urbano in quest’area strategica della città. Dallo strato più antico sono emersi i resti di un edificio di culto risalente al V secolo, del quale si era soltanto ipotizzata l'esistenza e sono stati individuati un tratto del cardo romano, muri appartenenti a ville patrizie e mosaici risalenti al I secolo: testimonianze della precoce importanza della comunità cristiana nell’antica Bergomum. Nei lavori sono infine affiorate tombe dell’epoca longobarda e altri reperti di epoche più recenti. L’entrata per accedere oggi all’area archeologica accessibile ai visitatori è posta sotto il portico del Palazzo della Ragione.