Il Museo occupa la sede monumentale della ex Dogana pontificia voluta da Clemente XIII. L'esposizione si articola su tre piani.

Al pian terreno sono esposti i materiali lapidei distribuiti in due sale contigue: Nella prima sono presenti numerose sculture di età romana, alcune di notevoli dimensioni, che ripropongono opere originali greche di particolare interesse storico e artistico; la provenienza è dalle numerose ville romane diffuse sul territorio, con una concentrazione lungo la  fascia costiera. Tra i materiali esposti vanno evidenziate le due lastre con rilievi gladiatori e scene di combattimento rinvenute a Castrum Novum (S. Marinella); dalla Villa Simonetti di Santa Marinella, ove si ritiene insistesse la residenza del giureconsulto Ulpiano, proviene, invece, l'imponente statua di Apollo (I secolo d.C.), copia in marmo da originale greco di Leochares, di recente interpretata, sulla base di confronti scientifici, quale copia del Colosso di Rodi. Dalla medesima villa proviene anche l'imponente statua di Athena Parthenos (I secolo a.C.), copia romana del noto originale greco di Fidia.

Al primo piano sono esposti materiali, in prevalenza ceramici, di età protostorica, villanoviana e arcaica provenienti dalle aree archeologiche del territorio di Civitavecchia e di zone più interne quali i Monti della Tolfa e il bacino del Mignone.

Al secondo e ultimo piano sono presenti diversi reperti decontestualizzati di rinvenimento fortuito o recuperati da scavi clandestini, presentati secondo l'ordinamento tipologico e la categoria di produzione. Compaiono esemplari di ceramica etrusco-corinzia, greca a figure nere e a figure rosse, buccheri, ornamenti in bronzo e, per il periodo romano della città, lucerne, vetri e suppellettile di varia tipologia.