A estrutura edificada do atual museu poderá ter, em parte, as suas origens nas antigas Casas da Mitra e no edifício do Colégio de S. Pedro existentes neste local no século XVII.
Todavia, a importância da urbe bragançana no contexto da diocese de Miranda-Bragança e a obrigatoriedade de aqui residir o bispo durante metade do ano, levaram D. João de Sousa Carvalho (1716-1737) a efetuar obras no sentido de ampliar e melhorar as instalações residenciais, conferindo-lhe maior dignidade. Foi o mestre João Alves Lagido que, contratualmente, se responsabilizou por esta campanha de obras durante o ano de 1734, redefinindo a estrutura da atual ala central do edifício e nobilitando o interior, apresentando-nos, ainda hoje, as armas do bispo talhadas em madeira no teto da Sala da Ourivesaria Sacra e, em pedra, no brasão que encima e ornamenta o corpo central da fachada principal.
Aquando da mudança da sede episcopal de Miranda para Bragança – cujo processo decorreu entre princípios de 1764 e 1776 – sob o episcopado de D. Frei Aleixo de Miranda Henriques, procedeu-se a nova reforma no edifício, porventura a mais profunda, envolvendo a aquisição de terrenos adjacentes e a ampliação com mais dois corpos apostos à estrutura central já existente. É nesta altura que o teto prospético da capela é executado – da autoria de Manuel Caetano Fortuna –, ostentando as armas do bispo no centro, e replicado, porventura pelo mesmo mestre, no teto da Sala Sá Vargas, para além do embutido no átrio das escadas de acesso ao andar nobre, em cantaria.
Apesar das fontes escassearem, julga-se poder datar desta fase a estruturação final da fachada principal ainda hoje existente, marcada pela horizontalidade e contido decorativo. A fachada norte, menos digna, e o interior do edifício poderão ter sido reformulados ou reajustados ao gosto do inquilino do momento.
Com a expropriação do Paço Episcopal realizada pela 1ª República ainda em 1912 e o exílio de Alves Mariz, o Paço foi entregue à Câmara Municipal de Bragança para receber organismos estatais a que a edilidade tinha de fornecer acomodação. E aqui sediaram a Guarda Nacional Republicana, a Conservatória, as Finanças, a Caixa Geral de Depósitos, o Arquivo Distrital, a Biblioteca Erudita e o Museu Regional criado em 1915.
O edifício sofreu alterações documentadas mais profundas em 1937 – 40 e 1993 – 94. A campanha de obras de 1937 – 40 opera remodelações profundas no edifício, sobretudo na fachada norte e no seu interior. Esta campanha de obras, no interior do edifício, pretende fazer coabitar o Arquivo Distrital e Biblioteca Erudita com o Museu Regional do Abade de Baçal, atribuindo o rés-do-chão ao Arquivo e Biblioteca e o primeiro andar ao Museu.
Tentou-se, sobretudo, dignificar o edifício com a abertura de vãos em arco, a substituição de tetos por outros vindos dos conventos de S. Bento, S. Francisco e o dos Jesuítas, novos soalhos, novas portas, novos lambrins e novas caixilharias e, com todas as probabilidades, novos tetos reconstruídos a sabor setecentista com castanho velho que Raul Teixeira e, sobretudo neste campo, José Montanha, conseguiam aproveitar de demolições de edifícios estatais, adquirir na cidade e aldeias mais próximas, revelando ainda hoje alguns desacertos das adaptações, dos encaixes ou diferenças do talhe, da textura e da patine. O enobrecimento do edifício passou ainda pela reformulação total da fachada norte e cortinha envolvente, o que permitiu alargar e conceber novas salas nos dois pisos do edifício. Esta leitura recriadora e nobilitante do edifício, na conceção da filosofia intervencionista da época, prolonga-se na feitura do jardim de alamedas de buxo de desenho geométrico, à francesa. A campanha completou-se com a construção da Casa do Diretor, à antiga portuguesa, de escada lateral e alpendre coberto.
O projeto de intervenção de 1994, da responsabilidade de António Portugal e Manuel Maria Reis, foi programado para ser realizado em duas fases. A primeira abrangeria a Casa do Diretor, os serviços administrativos e a reorganização museológica e museográfica da exposição permanente, envolvendo esta campanha quase todo o edifício, à exceção do corpo da Biblioteca que, conjuntamente com o edifício contíguo adquirido para o efeito, constituiria a área de intervenção da 2ª fase, reformulando a entrada e criando novos espaços expositivos permanentes e temporários, para além da criação da área das Reservas.