El Palacio de Velarde es la sede más antigua del Museo de Bellas Artes de Asturias. Adquirido en 1971 a la Congregación de Religiosas del Santo Ángel de la Guarda, que lo había dedicado a colegio de primera y segunda enseñanza femenina, fue adaptado a sus nuevas necesidades y usos museográficos con la intervención de los arquitectos Florencio Muñiz Uribe (entre 1973 y 1976 y en 1980) y Cosme Cuenca y Jorge Hevia (1992-1995), en esta última ocasión dentro de en un plan integrador que intervino también sobre la Casa de Oviedo-Portal. Es Bien de Interés Cultural desde el 25 de mayo de de 1983 (BOE 12 de julio de 1983).
El Palacio de Velarde, en la calle Santa Ana esquina con la calle San Antonio, es un perfecto ejemplo de arquitectura palaciega academicista del siglo XVIII. Diseñado por Manuel Reguera González (1731-1798), fue construido entre 1765 y 1770 para el regidor ovetense Pedro Velarde Cienfuegos.
El Palacio de Velarde está concebido como un gran bloque cúbico de planta cuadrangular, con cuatro fachadas exentas y articulado en torno a un patio. La fachada principal (calle Santa Ana) se dispone sobre un muro plano, sin movimiento en planta, y en ella destacan principalmente los balcones con saledizo de la primera planta y el escudo nobiliario que se sitúa en la parte alta del eje central. La fachada meridional, orientada al jardín, repite el mismo esquema de distribución reticular aunque con una mayor sencillez.
El edificio se distribuye en tres plantas: la baja, en la que destaca el patio cuadrado, formado por dos arcos carpaneles por lado que apoyan sobre monumentales columnas toscanas y la escalera imperial, que da acceso a la primera planta, cerrada en origen para proteger las estancias interiores de los rigores climáticos de la región. En la segunda, las más reformada de todas, sobresale especialmente la solana, compuesta por cinco arcos carpaneles sobre columnas toscanas de escasa altura que reiteran la idea de la planta baja.
El Palacio de Velarde acoge lo más granado de las colecciones históricas del Museo (siglos XIV-XIX) y dedica un espacio (planta baja) a las exposiciones temporales.
Tras subir por la escalera imperial del edificio, donde se pueden contemplar el Retablo de Santa Marina, se accede a la primera planta, dedicada al arte de los siglos XIV al XVIII, con obras de autores tan significativos como Fernando Gallego, Pedro Berruguete, Luis de Morales, El Greco, Zurbarán, Ribera, Murillo, Carreño de Miranda y Miguel Jacinto Meléndez.
La segunda planta está dedicada a la pintura y escultura españolas de los siglos XVIII y XIX, con obras de Francisco de Goya y Lucientes y de los más destacados pintores románticos (como Genaro Pérez Villaamil, Federico de Madrazo y Antonio María Esquivel) y realistas (Carlos de Haes, Ignacio Pinazo y Aureliano de Beruete, entre otros). El espacio central se consagra a la pintura de gran formato e incluye lienzos como Tipos vascos. Guipúzcoa, de Joaquín Sorolla.