Muzeum im. ks. Józefa Jarzębowskiego znajduje się w tylnej części bazyliki. W kolekcji muzeum znajdują się m.in. starodruki polskie i obce od XVI do XVIII wieku, listy i autografy królewskie, rękopisy pisarzy polskich z epoki romantyzmu, pozytywizmu i Młodej Polski. Ważne miejsce w kolekcji muzealnej zajmuje jeden z największych w Polsce zbiorów dotyczący Powstania Styczniowego. Szczególnie cenne są dwie kolekcje broni białej – europejskiej i wschodniej, kolekcja obrazów olejnych europejskich mistrzów XVII-XVIII wieku, bulle papieskie, dokumenty królewskie od Władysława Jagiełły do Stanisława Augusta Poniatowskiego, pamiątki więźniów sowieckich łagrów i obozów hitlerowskich.