Do rico espólio pertencente ao antigo paço Episcopal resta hoje um conjunto pequeno constituído essencialmente por iconografia religiosa, retrato e tapeçarias.
As tapeçarias datam do século XVI e provenientes de Bruxelas, evocando temáticas bíblicas e mitológicas de inspiração renascentista, como Ciro liberta os Hebreus e a História de Lot e cenas da História de Roma, pertenciam ao acervo do antigo Paço Episcopal.As pinturas a óleo que fazem parte do espólio do Paço são em número reduzido, estando as mais emblemáticas em exposição permanente no Museu. Integradas na pintura do ciclo manuelino (século XVI) são seguramente provenientes das oficinas dos mais conceituados pintores nacionais e estrangeiros que laboraram em Portugal.
Destacam-se a Deposição de Cristo no Túmulo, de produção atribuída a Garcia Fernandes (act. 1514 – c.1560), Santo António, S. Pedro e o da Anunciação e uma Santa Face sobre madeira.Para além das pinturas que compõem o acervo do antigo Paço Episcopal, o Museu de Francisco Tavares Proença Júnior reúne um grupo interessante de pinturas do século XVII, doadas pela Santa Casa da Misericórdia de Castelo Branco em 1915. Destacam-se São João Baptista uma representação tardo-maneirista, e a Adoração dos Magos de autoria desconhecida e já seiscentista.
Dentro da mesma cronologia, existem no acervo do Museu três telas, incorporadas em períodos diferentes, atribuídas ao pintor Bento Coelho da Silveira: Oração , Virgem da Misericórdia e Lamentação aos Pés da Cruz.
O Museu possui um núcleo de Arte Contemporânea sendo de destacar as obras de Noronha da Costa, Costa Camelo, Tomás Mateus, Cruzeiro Seixas, Cristina Ataíde, Artur Bual, Eurico Gonçalves, Pedro Calapez, Charters de Almeida e Manuel Cargaleiro, Barata Moura, Philip West, Manuel Justino, Ribeiro Farinha, Álvaro Espadanal, Frade Correia, entre outros.
