Il museo di N.S. di Bonaria è ospitato nei locali attigui al santuario, sede dell’ordine dei mercedari. Grazie alla presenza del santuario si è formata la preziosa raccolta museale, in quanto in questa sono ospitati i doni offerti dai fedeli alla Madonna di Bonaria, soprattutto ex voto. Nella prima sala sono raccolte le testimonianze archeologiche del colle di Bonaria.
Nel corridoio sul chiostro sono esposti quadretti votivi principalmente di tema marinaresco, risalenti al XVIII-XIX sec. ed ex voto donati da fedeli scampati alla schiavitù o al naufragio. Nella seconda sala sono esposti i più antichi e preziosi modelli navali di cui è ricco il santuario (attualmente se ne contano circa 150). Essi costituiscono una importante antologia della storia dell’arte navale, dall’età delle galere a quella dell’introduzione del vapore e delle innovazioni adottate dalle navi più moderne.
I modellini di vascelli esposti nel museo sono quasi tutti di pregevole fattura artigianale. In questa stessa sala sono visibili anche i corpi mummificati di alcuni membri della nobile famiglia degli Alagon, morti di peste nel 1605 e sepolti nelle adiacenze del santuario. Troviamo infine l’àncora d’argento offerta dalla regina Margherita nel 1899 e il tesoro del santuario e preziosi arredi sacri offerti da sovrani.
