Muzeum im. ks. Józefa Jarzębowskiego znajduje się w tylniej 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, dokumenty królewskie, pamiątki więźniów sowieckich łagrów i obozów hitlerowskich.

Muzeum im. ks. Józefa Jarzębowskiego rozpoczęło swoją działalność 2 lipca 2010 r. Mieści się na dwóch piętrach w północnej części bazyliki. Muzeum jest podzielone tematycznie. Jedno piętro zajmują eksponaty poświęcone historii Polski, a drugie skarbczyk starej książki, sala sztuki sakralnej a także galeria grafiki i rysunku.

Muzeum im. ks.Józefa Jarzębowskiego w Licheniu jest kontynuacją utworzonego w 1925 r. Muzeum przy Zgromadzeniu Księży Marianów na Bielanach w Warszawie, przeniesionego po II wojnie światowej do Fawley Court w Wielkiej Brytanii, gdzie prowadziło działalność od 1953 r. do 2006 r.