La pinacoteca è disposta su tre livelli, intorno alle antiche mura spagnole inglobate nell’edificio.

Piano superiore. Opere del portoghese A. Pirez (1411-1434), del senese C. Di Giovanni (1446), del catalano J. Figuera (1455-1479), di L. Cavaro (1500-1518) e del Maestro di Olzai (inizi XVI sec.). Il percorso prosegue con i retabli (grandi pale d’altare costituite da numerose tavole dipinte, scompartite da una struttura architettonica in legno dorato), la parte più importante della raccolta pittorica. I primi sono espressione della cultura tardo gotica catalana, unita al fiamminghismo (J. Figuera e R. Thomas, 1455; J. Mates, 1391-1431; J. Barcelo, 1488-1516; Anonimo valenzano; Maestro di Castelsardo, fine XV-inizi XVI sec. ). Il Maestro di Sanluri (primi XVI sec.) rivela invece influssi italiani. I retabli del XVI sec. , soprattutto della bottega dei Cavaro, nel quartiere cagliaritano di Stampace, riflettono un’arte isolana sensibile alla produzione rinascimentale e manierista italiana, ma entro un gusto ancora fiammingo-catalano (Pietro Cavaro, 1518-1538; Michele Cavaro, 1545-1550; A. Mainas, 1537-1571; B. Castagnola, napoletano, 1598-1611; F. Pinna, 1591-1616).

Piano intermedio. Tele del XVII-XVIII sec., di provenienza varia, testimonianti una realtà sarda dominata da opere e artisti esterni rispetto alle produzioni pittoriche locali.

Piano inferiore. Opere eterogenee per periodo e stile, tra queste la preziosa tavola fiamminga Fuga in Egitto (ultimo quarto XVI sec. ). Il sec. XX è rappresentato da autori sardi (Dessy, Delitala, Cabras, Ciusa Romagna), con temi della vita rurale. La collezione etnografica (‘800-inizi ‘900) comprende tessuti, intrecci di fibre vegetali, arredi, gioielli. Pregevoli le ceramiche ispano-arabe del XIV sec., le armi sarde ed un acquamanile arabo del XII sec.