Die Sammlungen zweier kunstbegeisteter Priester, die als Professoren in Freising lehrten, bildeten den Grundstock des Museums. Joachim Sighart überließ 1857 dem Priesterseminar auf dem Freisinger Domberg eine Reihe von qualitätvollen mittelalterlichen Kunstwerken. Angeregt durch das Museé Cluny in Paris entwickelte Sighardt die Idee eines Mittelaltermuseums für Christliche Kunst, das dem Klerus Anschauungsunterricht in Geschichte und Ästhetik geben sollte. Im Jahr 1864 schenkte Heinrich Gotthard dem Museum 27 zum Teil bedeutende Tafelbilder des 15. Jahrhunderts. Bis in die 60er Jahre des
20. Jahrhunderts wuchs die Sammlung auf über 1000 Objekte an. Julius Kardinal Döpfner initiierte deshalb die Errichtung eines für die Öffentlichkeit bestimmten Museums unter der Trägerschaft der Erzdiözese München und Freising.
Im Jahr 1974 konnte im klassizistischen Gebäude des ehemaligen Erzbischöflichen Knabenseminars auf dem Freisinger Domberg das Museum eröffnet werden. Matthias Berger hatte 1870 den imposanten Bau geschaffen. Durch die Eingliederung weiterer Kunstwerke aus Diözesanbesitz, durch Stiftungen, Vermächtnisse und gezielte Ankäufe hat sich heute der Bestand auf ca. 16 000 Werke erhöht. Damit ist das Dombergmuseum Freising eines der größten kirchlichen Museen der Welt.