Fondé en 1821, le musée est installé depuis 1980 dans le Pavillon des officiers, édifice d’architecture comtoise du XVIIIe siècle. Ses collections font dialoguer archéologie, art ancien et art contemporain. Le musée est classé dans les 50 meilleurs musées de France par le Journal des Arts.
Le parcours à travers les collections permanentes se déploie sur trois étages de façon chronologique et thématique. Au sous-sol, la collection d’archéologie est consacrée aux découvertes archéologiques du Jura, du Néolithique à l’époque mérovingienne. Le fonds d’art ancien, présenté au premier étage, révèle la prospérité de Dole, capitale de la Comté jusqu’en 1678 : art bourguignon et comtois du Moyen Age au XVIIIe siècle, peinture française des XVIIe et XVIIIe siècles (Vouet, Allegrain, Coypel), écoles italienne (Mulinari, Castello, Beinaschi, Assereto) et nordique (Maître de Saint-Gilles, Gysbrechts, van Boucle), auxquels s’ajoute une collection XIXe siècle faisant la part belle à l’école de Barbizon et aux paysagistes comtois (Courbet, Pointelin, Brun). Au troisième étage, la collection d’art contemporain est constituée autour du Nouveau Réalisme (César, Arman, Spœrri, Hains, Villéglé…) et de la Figuration critique des années 60 (Rancillac, Monory, Télémaque, Erró, Fromanger…). Elle continue à se développer aujourd’hui, entre art contemporain historique et jeune création, autour de deux grands axes : image et récit, art et société.
Au parcours dans les collections permanentes vient s’ajouter une programmation de deux à trois grandes expositions temporaires par an et des focus sur des thématiques entrant en résonance avec les collections du musée.