Il Museo illustra l'intera vicenda storica della città antica e del territorio di Olbia, dalla preistoria al XIX secolo, con particolare riferimento alle fasi fenicia, greca, punica e romana dell'area urbana e portuale, le più ricche di documentazione storica e archeologica.

Elemento di particolare interesse sono i relitti romani e medievali rinvenuti nello scavo del porto antico, corrispondente al lungomare dell'attuale centro storico.

Olbia è l'unica città della Sardegna ad essere stata abitata da Greci, tra il 630 e il 520 a. C. circa, e il nome da essi datole, Olbía, cioè "felice" in rapporto alle straordinarie opportunità che il sito offre all'insediamento umano, è stato adottato quale nome e logo, in caratteri greci maiuscoli, del Museo.