Il Museo è composto da tre spazi: una sala introduttiva e due per l’esposizione delle collezioni. Nella prima sala vengono presentate le trasformazioni ambientali, fisiche e culturali attraverso le quali si è compiuta l’evoluzione umana.

La seconda sala comprende due settori distinti. Il primo, il più ampio, è riservato ai materiali provenienti dai più importanti siti preistorici italiani, dal Paleolitico arcaico sino all’età del Bronzo. Uno specifico percorso è dedicato all’arte preistorica. Il secondo settore è dedicato alla preistoria africana, della quale il Museo detiene in Italia il maggior numero di collezioni. A margine è allestito uno spazio dedicato alla preistoria dell’area fiorentina.