Inaugurado en 1842, en un primer momento estuvo instalado en el antiguo Colegio de Santa Cruz. En 1933 se traslada la colección al Colegio de San Gregorio, momento desde el cual ostenta la categoría de Museo Nacional de Escultura. La colección es sin duda una muestra excepcional de la expresión artística española, fundamentalmente religiosa, desde la Edad Media hasta el s.XIX.

Los principales antecedentes del Museo podrían remontarse a 1828 cuando académicos de la Purísima Concepción se ocuparon de recoger diversas tallas procedentes de iglesias penitenciales de Valladolid. Ya en 1836, se añadieron obras, procedentes también de iglesias y conventos vallisoletanos, afectados por la desamortización de los bienes de la Iglesia. Posteriores adquisiciones del Estado, donaciones particulares y depositos de otros museos completan esta colección.

Podemos contemplar retablos, sillerías, monumentos funerarios, pasos procesionales, etc, realizados mayoritariamente en madera policromada, aunque también en bronce, piedra, barro o marfil. Cabe destacar la obra de Alonso Berruguete y Juan de Juni, los escultores más importante del manierismo expresivo castellano del s.XVI y de Gregorio Fernández, el máximo exponente del naturalismo barroco castellano del s.XVII, además de un espectacular Belén Napolitano dieciochesco. La colección está repartida en tres plantas:

Planta Baja

- Sala I .-

Obras pertenecientes al Gótico Internacional y a las Escuelas Flamenca e Hispano-flamenca.

- Salas II, III y IV .-

Obras de Alonso Berruguete y Juan de Juni. Destaca el conjunto funerario de Juni "Entierro de Cristo", dramática escena formada por Cristo muerto y otras seis figuras: la Virgen, San Juan, Nicodemo, María Salomé, la Magdalena y José de Arimatea.

- Salas V y VI .-

Podemos contemplar el "Paso de la Sexta Angustia" y el "Cristo Yacente" de Gregorio Fernández, además de la pintura "Asunción de la Virgen" del pintor barroco flamenco T. W. Bosschaert.

- Sala VII .-

Escultura barroca andaluza. Obras de Alonso Cano, Martínez Montañés, Pedro de Mena y José de Mora.

- Sala VIII .-

Paso procesional de Gregorio Fernández "Camino del Calvario".

Planta primera

- Sala IX .-

Un breve paréntesis dedicado a presentar el proyecto de rehabilitación de la sede principal del Museo, el Colegio de San Gregorio.

- Salas X y XI .-

Obras del primer Renacimiento pertenecientes a Diego de Siloe o Felipe Vigarny. Además del "Ecce Homo" de Alonso Berruguete.

- Sala XII .-

Pintura y escultura de López de Gamiz y Antonio Moro.

- Sala XII .-

Obras barrocas de Gregorio Fernández y una tabla original de Rubens.

Planta segunda

- Salas XIV, XV y XVI .-

Escultura barroca del siglo x.VIII: Villabrille y Ron, Francisco Salcillo y Pedro de Sierra. Además de una colección escultórica de Toros y toreros de concomitancias goyescas.

- Sala XVII .-

Belén Napolitano dieciochesco compuesto de 618 piezas.