Situato in uno dei più prestigiosi palazzi tardogotici di Venezia, donato allo Stato nel 1916 dal barone Giorgio Franchetti, il museo ospita la sua importante collezione di dipinti, arazzi fiamminghi, bronzi, medaglie e sculture rinascimentali, cui si sono sommati nel tempo opere di provenienza demaniale, importanti sculture del Rinascimento, monete  e ceramiche  veneziane.

Cuore della raccolta è il celebre San Sebastiano di Andrea Mantegna, opera tarda del maestro suggestivamente ambientata dallo stesso collezionista fondatore del museo entro una sorta di cappella rinascimentale interamente rivestita di marmi  preziosi.

Oltre ai due piani è possibile visitare la suggestiva corte interna con la vera da pozzo di Bartolomeo Bon (1427) e il prezioso mosaico pavimentale realizzato dallo stesso barone Franchetti.