Le musée comporte une iconographie de dessins et d'estampes sur Pétrarque, Laure, Avignon et Fontaine-de-Vaucluse ainsi qu'un fonds d'éditions anciennes des œuvres de Pétrarque et de pétrarquistes français et italiens complété par une bibliothèque spécialisée. Le propos muséographique a porté sur la naissance et l'essor du mythe littéraire en restituant le caractère de lieu inspiré que fut la Fontaine-de-Vaucluse. La présentation des collections exprime la nature profonde du pétrarquisme : expérience humaine et allégorique de l'amour, spiritualité d'un premier humanisme. Enfin, une petite collection d'art moderne perpétue les liens esthétiques et sentimentaux d'un certain nombre d'artistes avec le site. Elle réunit autour des écrits de René Char des œuvres de Braque, Giacometti, Szenes, Vieira da Silva, Miró, Zao-Wou-Ki, Picasso, Wilfredo Lam, Sima...