Il percorso museale, allestito con testimonianze di straordinario interesse scientifico, si articola attualmente in 11 sale distribuite tra il piano terra e il secondo piano del Palazzo: dieci sale, sono dedicate ai menhir e alla grande statuaria antropomorfa preistorica della Sardegna centro-meridionale (areali del Sarcidano, Grighine e Mandrolisai), l’undicesima, "la galleria" affacciata sulla grande corte interna, ospita invece reperti di cultura materiale rinvenuti in contesti funerari megalitici sarcidanesi.

I menhir esposti appartengono a diverse tipologie e possono essere ricondotti sostanzialmente a 3 tre classi di riferimento: menhir protoantropomorfi, a faccia ogivale ma privi di raffigurazioni, menhir antropomorfi assessuati, che invece propongono elementi caratteristici del viso, quali naso e occhi, e infine statue-menhir vere e proprie, chiara evoluzione dei menhir antropomorfi assessuati, più ricche di dettagli e di simboli che ne consentono anche la distinzione tra i sessi.

Tra i monoliti visibili, i 36 pezzi laconesi, tutti scolpiti nella trachite locale cavata in diversi punti del territorio (come in località Mind'e Putzu, dove, è stata individuata una vera e propria cava preistorica) , si distinguono per le singolari volumetrie e le espressioni iconografiche rappresentate.