W początkach wieku XVI mieściła się tutaj, obok rezydencji biskupiej, drukarnia Floriana Unglera. Pałac rozbudowywano w latach 20. XVI stulecia (z tego okresu pochodzi wystrój tzw. Sali Tomickiego na I piętrze) oraz na przełomie wieków XVI i XVII. Gruntownie odnowiono go w 1. połowie XVIII w, kiedy to wykonano dekorację freskową reprezentacyjnych sal na I piętrze (tzw. Sala Cnót) a fasadę wsparto pochyłym murem i pokryto malowaną dekoracją w postaci kremowej kratownicy na różowym tle. W roku 1805 Pałac przeszedł na własność rządu austriackiego. Znalazła tutaj siedzibę policja i więzienie. Później, aż do lat 90. XX wieku mieściły się tutaj rozmaite urzędy państwowe.


W roku 1996 Pałac przekazano na rzecz Muzeum Narodowego w Krakowie. W latach 1999-2006 została przeprowadzona generalna odnowa budynku, sfinansowana przez Narodowy Fundusz Rewaloryzacji Zabytków Krakowa, w trakcie której przywrócono Pałacowi dawną świetność. W roku 2007 w Pałacu otwarte zostały dwie stałe galerie prezentujące kolekcje Muzeum Narodowego w Krakowie. Na I piętrze znajduje się wystawa Sztuka Dawnej Polski. XII-XVIII wiek (od 10 marca 2014 do 28 lutego 2015 z powodów konserwatorskich nieczynna dla zwiedzających), gdzie można oglądać dzieła polskiej sztuki średniowiecznej, renesansowej i barokowej. Na parterze umieszczona została wystawa Sztuka Cerkiewna Dawnej Rzeczypospolitej (od 1 sierpnia 2014 do 28 lutego 2015 z powodów konserwatorskich nieczynna dla zwiedzających). Obok stałych ekspozycji zbiorów Pałac jest również siedzibą dwóch działów naukowych: Działu I – Polskiego malarstwa i rzeźby do roku 1764 oraz Działu XVIII – Sztuki cerkiewnej. Znajduje się tutaj także Pracownia konserwacji malarstwa i rzeźby. W oparciu o wystawy znajdujące się w Pałacu prowadzona jest tutaj szeroka działalność edukacyjna.


W 2009 Muzeum Narodowe w Krakowie zostało laureatem konkursu "Zabytek Zadbany", organizowanego przez Generalnego Konserwatora Zabytków – Ministerstwo Kultury i Dziedzictwa Narodowego doceniło kompleksową rewaloryzację Pałacu Biskupa Erazma Ciołka.





Dzięki dofinansowaniu z Funduszu Prewencyjnego PZU SA w Pałacu Biskupa Erazma Ciołka – Oddziale MNK został zmodernizowany system zabezpieczeń w instalacji telewizji przemysłowej.