Au rez-de-chaussée, le Musée Comtadin évoque l'histoire et la culture du Comtat Venaissin et de sa capitale, Carpentras.
Sceaux et médailles évoquent l'histoire de l'enclave pontificale de 1229 à 1791. Des coiffes comtadines, des crèches provençales, des appeaux, des poids et mesures ainsi qu'une exceptionnelle collection de sonnailles illustrent les coutumes du Comtat.
Au premier étage, le musée Duplessis présente les collections de peintures du XVIe au début du XXe siècle, qui trouvent leur origine dans le cabinet de monseigneur d'Inguimbert, évêque de Carpentras de 1735 à 1757, fondateur de la bibliothèque Inguimbertine et du musée : une “Conception” de Pierre Parrocel (1670-1739), des marines de Joseph Vernet (1714-1789), ainsi que des portraits, dont celui de l'abbé de Rancé attribué à Hyacinthe Rigaud (1659-1743).
Dons et legs permettent aujourd'hui de présenter un important ensemble d'œuvres d'artistes du Comtat Venaissin : Jean-Joseph-Xavier Bidauld (1758-1846), l'un des premiers paysagiste de plein air, Évariste Bernardi de Valernes (1816-1896), influencé par son ami Edgar Degas, et les frères Laurens. Le goût pour l'Orient du cadet, Jules (1825-1901), s'exprime à travers ses œuvres et son don au musée de quatre grandes et rares toiles qu'il apporta de Perse au milieu du XIXe siècle.
Celui qui a donné son nom au musée, Joseph-Siffrède Duplessis (1725-1802), peintre à la cour de Louis XVI, est représenté par un bel ensemble de portraits.