Una parte delle collezioni oggi conservate nella sede di Santa Caterina proviene dalla sede storica dei Musei civici di Treviso intitolati alla figura carismatica di Luigi Bailo (1835-1932) che ne fu fondatore e dal 1879 primo responsabile. Dal 2003, anche per improcrastinabili lavori di restauro degli spazi della sede storica di Borgo Cavour, il nuovo luogo di riferimento dei musei civici è divenuto l’ex complesso conventuale di Santa Maria dei Serviti con la ex chiesa di Santa Caterina, denominato per brevità e quindi noto come Santa Caterina.
Dal 2006 vi si trova l’allestimento permanente della sezione archeologica e quello provvisorio della galleria d’arte medievale, rinascimentale e moderna. Nella chiesa, oltre ai restituiti affreschi parietali, sono visibili dal luglio 2008, con rinnovata disposizione, i telai con gli affreschi staccati delle Storie di S. Orsola di Tomaso da Modena.