Il museo conserva al proprio interno i progetti di alcuni artisti a cui il Comune affidò la ridefinizione della pianta e il completamento della facciata della basilica, il cui rivestimento marmoreo, più volte interrotto, rimane tuttora incompiuto. Oltre a due grandi disegni attribuiti a Giulio Romano, si segnalano in particolare i prospetti e le piante di Baldassare Peruzzi (1522), Jacopo Barozzi da Vignola (1545), Andrea Palladio (1578) e Francesco Terribilia (1580).