Aunque no hayan llegado a nosotros todas las piezas de arte que, por la fe y el afecto de los feligreses hacia su parroquia, fueron acumuladas en el templo durante los siglos, con todo se imponía la creación del Museo, ya que hay piezas de primerísima calidad. Las capillas de los Herrera y la siguiente de San Ildefonso, comunicadas como están hoy día, eran ciertamente estupendo marco para ello, aunque se precisaría disponer, por lo menos de doble espacio, para vitrinas, ornamentos sacros y otros objetos.
Ante todo era preciso hacer en los muros cámaras de aire para evitar humedades, debida iluminación eléctrica, sistema de alarma, etc.
Tras intensos trabajos, el Museo fue inaugurado felizmente el día 2 de febrero de 1985. El Adelantado de Segovia, la radio y otros medios de comunicación social publicaron reportajes de su inauguración, que fue presidida por el Excmo. Sr. Obispo de la Diócesis.

Las piezas más destacadas son las siguientes:
Consola de estilo rococó dorada y de buena talla. Sobre ella se halla una Inmaculada, de tipo renacimiento, bien conformada y de escuela castellana. Es de finales del siglo xvII y restaurada a finales del xvIII. Tuvo su corona y aureola de planta que hoy está en una vitrina del Museo. Esta imagen fue de la Fundación del arcipreste
Solis. 
 

Cristo relicario del siglo XVI, colocado sobre una vitrina de cristal con marco dorado, interiormente cubierto de tela roja. La va inscripción: "En el año de 1892 lo regalaron Josefa Prieto Fer. nández, Ángela, Enrique, Lorenzo y Silvia Duque, bautizados en esta iglesia.

Lienzo del siglo XVII representando a la Virgen con Jesucristo muerto, mediana ejecución. Atrás lleva inscripción: "Diole Iglesia del Campo"

Lienzo del siglo XVII, representando Cristo yacente, de mediana ejecución.

Hermoso grupo escultórico de la Virgen con el Niño y Santa Ana. Es obra flamenca de finales del siglo xv. La Virgen y Santa Ana aparecen de pie, en vez de sentadas como es ordinario, y Santa Ana ofrece al Niño una flor en capullo. Este grupo, que es pieza muy importante, fue del retablo mayor, gótico, que tuvo el templo antes que el actual.

Hermosa talla hispanoflamenca del siglo xv, muy relacionada con el gótico burgalés. Conserva su excelente estofado primitivo.
Representa la Virgen con el Niño en la mano izquierda. Se la conoce entre la gente con el nombre de la "Virgen rubia", por tener los cabellos dorados, como también los tiene el Niño. Es pieza valiosisima y, como la escultura anterior, fue del primitivo retablo mayor.
Valiosísima tabla gótica, obra del taller segoviano del siglo XV.
Representa la imposición de la casulla a San Ildefonso por la Virgen. Lleva rótulos: "Tú serás mi Capellán", que dijo la Virgen al Santo. Esta tabla estuvo hasta hace pocos años en su original emplazamiento, junto a la puerta lateral del templo. Abajo tuvo la inscripción, ya casi perdida: "Este altar mandó facer A. Diaz de Villarroel, en honor de S. Alifonso, acabóse año de 1470». En la pintura aparecen también San Francisco y el retrato del donante el Racionero Villarroel.

Talla de la Inmaculada Concepción, neoclásico, primeros años del siglo xix, buena ejecución y ángeles en la peana. Fue repintada en 1853 por José de Mora en la cantidad de 380 reales y la peana dorada por Rosendo Aguilar en la cantidad de 60 reales.

Valioso tríptico flamenco de Adrián Rembrandt. En su centro lleva la Crucifixión, con las tres Marías y Nicodemus. En las tablas laterales se representan la Virgen y San Juan. El paisaje del fondo es riquísimo, con múltiples figuras, y la ciudad de Jerusalén. Las puertas tienen la Anunciación, en grisalla. Fue traído de Flandes en el siglo xvI por don Alonso Moreno para ser colocado en esta su capilla de San Ildefonso.

Lienzo del siglo XVII, representando San Cosme y San Damián. Lleva fondo arquitectónico de estilo renacimiento y las figuras de los Santos van ataviadas con bonete de borlas blancas y trajes de la época en que se ejecutó la pintura. Uno lleva un libro y otro un cofre de medicamentos. En el fondo se ve la cama de un enfermo bajo dosel. Es de mediana ejecución y originariamente estuvo en el brazo Sur del crucero del templo.
Dos bustos relicarios de San Marcos y San Lorenzo, del siglo XVII, de buena ejecución.

Hermosa talla de San Matías, siglo xvI, con resabios goticistas, y conserva la pintura originaria.

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