La collection permanente de 70 vitraux authentiques de la Renaissance est à découvrir dans le premier niveau du musée du vitrail. Une salle pédagogique complète la visite avec la présentation de l’ensemble des verrières de la cathédrale de Chartres, sous forme de maquettes et de schémas explicatifs pour identifier toutes les scènes figurées dans les vitraux.
La vaste salle gothique, voûtée d’ogives, au sous-sol, accueille les expositions temporaires de vitraux contemporains.