Il museo racconta attraverso ex voto, oggetti liturgici, reperti archeologici la lunga storia del colle di Bonaria e dell'omonimo convento.
Quelli di Bonaria sono in lunga parte ex voto di scampati al naufragio o alla schiavitù; non mancano offerte di sovrani e di gente illustre come le corone d’oro offerte nel febbraio del 1816 da Vittorio Emanuele I e da Maria Teresa, quando poterono tornare a Torino. Paramenti, ostensori, calici e reliquari preziosi, dono di principi e prelati, si infittiscono nelle vetrine e dall’alto di una parete luccica la grossa ancora d’argento offerta dalle regina Margherita di Savoia, in occasione della spedizione popolare di Luigi degli Abruzzi. Sciabole, decorazioni, monete, porcellane e perfino scandagli e bombe riempiono le vetrine.

Ma le offerte più eloquenti sono dai liberati dalla schiavitù in terra d’Africa: uova di struzzo, catene, armi. Tra queste si ricorda un remo ricavato da un grosso osso di bue, con cui un ignoto schiavo partito dalle spiagge della Barberia riuscì a raggiungere Cagliari.
Il Santuario della Madonna di Bonaria, protettrice dei naviganti, conserva pezzi davvero eccezionali che ne fanno una raccolta navale: piccoli modellini di tutte le epoche documentano la fede dei naviganti. La miniature costituiscono una delle più importanti antologie di storia della navigazione. Il museo, inoltre, documenta la frequentazione del colle da parte di comunità fenicio-puniche e poi romane, che qui collocarono la propria  area cimiteriale: urne, corredi, monili attestano questi periodi storici.