W niezmienionym stanie budowla przetrwała aż do przebudowy w stylu neogotyckim, mającej przystosować ją na potrzeby Biblioteki Jagiellońskiej. Prace w latach 1839–1858 prowadził Karol Kremer, a w latach 1864–1870 Herman Bergmann. Collegium Maius było siedzibą Biblioteki do roku 1940. Wkrótce potem rozpoczęto prace kierowane przez prof. Karola Estreichera, mające budynkowi przywrócić stan sprzed 1840. Collegium Maius zostało wówczas przeznaczone na siedzibę Muzeum Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Muzeum Początki działalności muzealnej w Collegium Maius datowane są na XIX wiek. Władze uniwersytetu nie mogły jednak wówczas oficjalnie używać nazwy muzeum z powodu zakazu zaborczych władz austriackich. Kiedy po 1860 roku opiekę nad zbiorami objął profesor archeologii i sztuki Józef Łepkowski przyjęto poprawną politycznie nazwę Gabinet Sztuki i Archeologii. Gabinet ten mieścił się wówczas w Collegium Novum i był odwiedzany przez liczne wycieczki oraz gości zagranicznych. Jego zbiory zaczęły się powiększać dzięki licznym zapisom cennych zabytków jakie ofiarowywali instytucji donatorzy.
Decyzją senatu uniwersyteckiego w 1947 roku powołano Muzeum Uniwersytetu Jagiellońskiego z siedzibą w Collegium Maius. W jego zbiorach znajdują się głównie przedmioty związane z dziejami uniwersytetu.