Das Antonianische Museum, das Ende des 19. Jahrhunderts als Sammlung historischer und künstlerischer Gegenstände im Zusammenhang mit dem Leben und dem Kult des Heiligen Antonius gegründet wurde, wurde 1995 anlässlich des 800. Geburtstages des Heiligen renoviert und in seiner heutigen Form wiedereröffnet.
Heute beherbergt das Museum Kunstschätze, die im Laufe der Jahrhunderte für die Basilika und die ehrwürdige Grabstätte des Heiligen Antonius geschaffen wurden: Gemälde, Skulpturen, Gipsabgüsse, heilige Gewänder, Wandteppiche und Goldschmiedearbeiten. Zu sehen sind authentische Meisterwerke, darunter die von Mantegna für das Portal der Basilika gemalte Lünette, Holzintarsien aus dem 15. Jahrhundert, die kostbare Navicella der deutschen Goldschmiedekunst des 16. Jahrhunderts, Altarbilder von Tiepolo, Carpaccio und Piazzetta sowie ein seltenes liturgisches Gewand, das im 18. Jahrhundert in Lyon gewebt wurde.
Im Jahr 2015 wurde das Museum um eine Dauerausstellung zum Thema „Donatello für den Heiligen” bereichert, die mit einer Vielzahl von Fotos, Gipsabdrücken und Informationstafeln die Meisterwerke des berühmten florentinischen Künstlers für den Heiligen aus nächster Nähe zeigt.
Ebenfalls ausgestellt ist eine Gipsbüste von Gattamelata, die dank einer speziellen Schutzbehandlung berührt werden kann. Damit soll blinden Menschen das Gefühl ermöglicht werden, Donatellos Meisterwerke durch Berührung zu erfahren.
Das Museo della Devozione popolare enthält ehemalige Votivgaben, die der Basilika von den Gläubigen zum Dank für die vom Heiligen Antonius erhaltenen Gnaden geschenkt wurden. Hier befinden sich die Kopien einiger berühmter Reliquienschreine, wie z. B. jener, der Papst Leo XIII. geschenkt wurde und in den Vatikanischen Museen aufbewahrt wird, oder derjenige, der 1968 in Lissabon gestiftet wurde, die von einer jahrhundertelangen Geschichte zeugen. Weitere Kuriositäten sind das auf Seide gemalte Si quaeris miracula auf Chinesisch.