El Museo de la Vera Cruz está estructurado verticalmente en tres plantas.
Primera Planta: la aparición de la Vera Cruz según las versiones de la Edad Moderna
En la primera planta se muestra la historia de la aparición de la Cruz en Caravaca según una doble versión:
La escrita por los cronistas locales de los siglos XVII y XVIII, Robles Corbalán y el padre Cuenca, en la vitrina de la derecha.
La lectura iconográfica de los mismos acontecimientos mediante las tablas pintadas por Hernando de los Llanos, discípulo de Leonardo de Vinci, en el siglo XVI, en la parte izquierda de la sala.
En esta misma planta, junto a los cuadros de Hernando de Llanos, se expone una casulla realizada con tejido hispano-musulmán, que según la tradición, es la que llevaba el clérigo Ginés Pérez Chirinos cuando oficiaba la Misa de la Aparición.
En otra vitrina de la sala, se muestra la arqueta de plata del siglo XIV donada por el maestre de la Orden de Santiago Lorenzo Suárez de Figueroa, que viene usándose desde hace más de 600 años para guardar el 'Lignum Crucis'.
Planta baja: elementos sagrados del templo
En la planta baja se puede contemplar el ajuar litúrgico y los vasos sagrados del templo, ubicados en vitrinas colgantes y con paneles informativos a derecha e izquierda. Sobresalen de entre los demás la custodia, cuyo pie fue donado por Pedro Fajardo, marqués de los Vélez y comendador de Caravaca; la arqueta de plata del siglo XVII; el ajuar adquirido por la inauguración del templo en 1703; además de otras piezas como cetros del siglo XVIII, o el cáliz del siglo XVII, regalo del Marqués de Alhucemas.
Sótano: el primitivo castillo medieval
Por último, en el sótano se hallan los restos arqueológicos de las murallas, torres y mazmorra del antiguo castillo medieval, con unos alzados que legan incluso a superar los 5 metros de altura. Todo ello acompañada de paneles informativos.
El Museo de la Vera Cruz no acaba en las salas
En una galería subterránea del Santuario, se puede contemplar el foso de la Guerra de Independencia y uno de los aljibes medievales.
Finalmente, se encuentra la Torre de las Toscas, donde está la Oficina de Atención al Peregrino y en la que se exponen Bulas e Indulgencias papales para corresponder a los fieles que visiten y adoren la Sagrada Reliquia.