Dal 1948 è situato nel complesso dell'ex convento di San Domenico. È articolato in due grandi sezioni principali dedicate alla preistoria e al periodo etrusco-romano. Nel 1960, dopo la donazione da parte del Comune di Perugia, lo Stato italiano è subentrato nella gestione del Museo. Nel 1964 vi è stata istituita la Soprintendenza alle antichità, (oggi "Soprintendenza per i Beni Archeologici dell'Umbria").

Nel chiostro del convento, in un ambiente sotterraneo accanto all’ingresso, è stata ricostruita la suggestiva tomba della famiglia Cai Cutu (III-I sec. a.C.), con i corredi funerari. Attorno alle pareti del chiostro, così come nel loggiato superiore, sono collocate urne cinerarie, caratteristica produzione dell’artigianato etrusco in età ellenistica, provenienti dalle necropoli di Perugia.

Molti dei reperti esposti provengono da scavi condotti nell'Ottocento: tra questi di notevole interesso sono il "sarcofago dallo Sperandio", il "cippo di Perugia" e i "bronzi arcaici di Castel San Mariano".

Molti reperti preistorici provengono dall'acquisto di una collezione privata, ma anche da campagne di scavo che, fin dai primi anni del Novecento, hanno ampliato la consistenza del museo.