Il museo occupa palazzo Eroli, splendido edificio seicentesco nel centro cittadino.

L’esposizione museale si suddivide tra i due piani della struttura: al primo si conservano reperti dalla protostoria di Narni con utensili e fossili come le zanne dell’Elephas Antiquus ritrovato agli inizi del XX secolo nel circondario narnese, proseguendo per l’età romana con reperti relativi all’antica Narnia fino al periodo medievale. In questa sezione viene delineata la vita del famoso capitano di ventura Erasmo da Narni detto il Gattamelata, ed è ospitata anche una mummia egizia con sarcofago.

Al secondo piano si colloca invece la pinacoteca incentrata sull'Incorostato della Vergine di Domenico Bigordi, detto il Ghirlandaio, alla quale è riservata un'intera sala nera entro la quale campeggia il magnifico dipinto illuminato a sezioni didascaliche da un sofisticato sistema luminoso.

Oltre al Ghirlandaio è possibile ammirare l'Annunciazione di Benozzo Gozzoli, opere di Piermatteo d'Amelia, dello Spagna, del Vecchietta, di Antoniazzo Romano, di Livio Agresti e di altri artisti che lavorarono prevalentemente in ambito locale, come il Maestro della Dormitio Virginis di Terni, il Maestro di Narni del 1409, Pierantonio Mezzastris, Giovan Francesco Perini, il narnese Michelangelo Braidi, Agostino Masucci, Giacinto Boccanera.