Al termine di due dei bracci del Chiostro è posto l'ingresso al Museo dell'Opera. Suddiviso in quattro sale, il museo restituisce uno spaccato di storia napoletana, dall'antichità al XX secolo, e conserva alcuni tesori scampati al bombardamento del 1943. Nella Sala Archeologica sono raccolti i reperti rinvenuti durante gli scavi e i restauri. Nel secondo ambiente, la Sala della Storia, sono ricostruite le vicende e le vicissitudini del complesso monumentale nel corso dei secoli. La terza sala è quella cosiddetta dei Marmi, dove sono allocate statue e decorazioni marmoree, ivi collocate dopo il bombardamento della chiesa, nonché una parte dei fregi che ornavano le celle delle clarisse, riproducendo gli stemmi delle famiglie nobili da cui alcune di esse provenivano. Nella Sala dei Reliquiari, posta su un piano soppalcato, si conservano infine paramenti sacri, corredi liturgici e reliquie, oltre al busto ligneo dell'Ecce Homo, opera rinascimentale di Giovanni da Nola.