La Sala del Tesoro, chiamata così perché conserva gli oggetti più preziosi del Tesoro della Cattedrale, è la prima sala del Museo Diocesano. Qui troviamo il bellissimo Messale de Firmonibus, miniato nel 1436 da Giovanni di Ugolino da Milano su commissione di Giovanni De Firmonibus, aperto sulla rappresentazione della Cavalcata dell’Assunta. Si tratta di un antico corteo cittadino, che celebra l’Assunzione di Maria in cielo, tradizione che si svolge ancora oggi ogni 15 agosto sotto forma di rievocazione storica. Questo codice, straordinario esempio di arte gotica, contiene trentuno iniziali miniate, decorate o istoriate, due pagine con grandi fregi e miniature marginali e due illustrazioni a piena pagina.
Più avanti si può ammirare la Stauroteca, una croce-reliquiario donata nel 1503 da Francesco Todeschini Piccolomini, futuro Pio III. La sua realizzazione, con una decorazione in filigrana di chiara manifattura veneziana, è però ben più antica. Nelle terminazioni dei bracci sono inserite miniature. Sul recto sono rappresentati i protagonisti della Crocifissione, sul verso i simboli dei quattro Evangelisti.
Un altro oggetto prezioso è il pastorale appartenuto a Sisto V, poi donato alla Diocesi. Si tratta di un pregiato bastone in tartaruga con intarsi in madreperla e nel nodo il cristallo di rocca.
Originariamente collocato sopra a un altare, il tabernacolo bronzeo risalente al XVI secolo, originariamente collocato sopra a un altare, realizzato per la cattedrale dalla bottega dei Lombardi-Solari. Sulla fascia ottagonale rappresenta delle scene della vita di Gesù, mentre il tamburo centrale è decorato con foglie e tralci di uva. Nella parte terminale del ciborio invece ci sono le statue dei Dodici Apostoli e Cristo Redentore.