Aunque es una sola institución museística, lo cierto es que este museo cuenta con tres sedes, todas situadas en el núcleo histórico de Valladolid. La colección de referencia se muestra en el Colegio de San Gregorio, un impresionante edificio del siglo XV con una portada de ornamentación preciosista. Justo enfrente, el Palacio de Villena, una mansión noble con un espléndido patio renacentista, muestra las exposiciones temporales, mientras que la tercera de las sedes es la Casa del Sol, un palacio también renacentista que incluyó una iglesia aledaña como capilla familiar de los antiguos dueños.
El conjunto, pues, viene a ser como una calle casi entera consagrada al arte escultórico, un espacio monumental dentro de un entorno no menos histórico.
