La reconstrucción de la antigua iglesia se planteó a partir de la recuperación del espacio, marcando una clara diferenciación de las épocas. El tambor, nuevo en su totalidad con estatuas, coronado por una cúpula revestida de añil y salpicada de pequeños círculos de pan de oro a modo de firmamento estrellado, produce la sensación de bóveda celeste. En su cénit, una linterna de alabastro filtra la luz.

Las obras se están realizando en diversas fases, bajo la dirección de los arquitectos Manuel Portaceli y Álvaro Gómez-Ferrer. La segunda, terminada en 1994, consistió en la reconstrucción de la cúpula y el interior de la iglesia, y en la instalación de la biblioteca. La remodelación total del museo contempla dos nuevas salas y dependencias con diferentes servicios.

Tras un período de reconversión arquitectónica a cargo de Ricardo Macarrón, Francisco Mora y Javier Goerlich, abrió sus puertas como Museo Provincial en 1946. Actualmente se encuentra en proceso de ampliación y remodelación, aunque puede visitarse.

A la muerte de Pérez Castiel, se contrató a su hijo, mosén J. Pérez, y a su sobrino, José Mínguez, para finalizar ei trabajo y erigir la iglesia, que se adosa en el ala occidental, de planta centralizada octogonal cubierta por una cúpula de amplio vuelo, cuyo excesivo peso fue la causa de su demolición en 1925.

Los arcos de ladrillo descansan sobre pilares cuadrados de este mismo material, ornamentados con molduras de reminiscencias toscanas. En su origen estuvo destinado a seminario de clérigos menores.

El Museo fue construido junto al desaparecido Palacio Real, en 1683, por el arquitecto del barroco valenciano Joan Batista Pérez Castiel a iniciativa del arzobispo Rocaberti. El edificio, de dos plantas, se estructura alrededor de un claustro de cinco arcadas por cada lado.