Palazzo Cavalli viene eretto nella metà del ’500 e l’equilibrata distribuzione degli ambienti attorno al “portego” centrale testimonia questa origine rinascimentale. L’imponente e sontuoso ciclo di affreschi che ne decora le sale fu invece eseguito nella seconda metà del ’600 e rispecchia il gusto barocco per la meraviglia, con sofisticati giochi illusionistici. Il visitatore più curioso e attento, passeggiando per le sale storiche del Museo, può apprezzare della bellezza degli affreschi, scoprendone le narrazioni, le simbologie e i dettagli nascosti, e al tempo stesso coglierne il dialogo con gli straordinari reperti esposti, vivendo un’esperienza davvero unica. 
Nell’atrio è possibile decifrare le “imprese” del casato, immergersi nelle metamorfosi di Ovidio e sbirciare gli amori di Giove e Apollo. 
Nella Sala delle Storie romane, a fare da teatro alla tartaruga liuto, affreschi ispirati ai racconti degli storici Tito Livio e Valerio Massimo, con protagoniste figure femminili di diversa moralità. 
Nella Sala della Caccia tra i reperti ci sono i preziosi struzzi della collezione storica: sulle pareti sono rappresentate diverse tipologie di caccia, compresa la caccia allo struzzo bianco!
Nella Sala delle Storie bibliche episodi tratti dal Vecchio Testamento sembrano quasi indicare il punto di partenza della riflessione che portò Charles Darwin a pubblicare infine la sua Origine delle Specie, di cui è qui esposta la prima edizione italiana.
Chiude il percorso storico lo Scalone d’Onore, una ascesa fisica e spirituale in compagnia delle Muse: Calliope e Melpomene dipinte ai piani inferiori, quindi Urania e Clio. Sulla cima attende Apollo, il volto rivolto all’insù come ad accogliere la luce proveniente dall’alto. Il soffitto originale era infatti costituito da un lucernario ottagonale, rimosso a fine Ottocento.