Il museo conserva marmi italiani ed esteri, materiale archeologico proveniente da Carrara e da Luni, una documentazione sulla lavorazione del marmo con macchinari e attrezzi e una collezione di sculture moderne.

Il percorso è suddiviso in 7 sezioni: la prima di archeologia romana introduce il tema dell'evoluzione morfologica del territorio carrarese e delle sue cave, a partire dalla fondazione della colonia romana di Luna (177 a.C.), la seconda dedicata alla 'marmoteca' raccoglie 300 grandi campioni dei più importanti marmi, graniti e pietre prodotti in Italia e nel mondo, la terza documenta le prime fasi dell'industria moderna, dal XVIII all'inizio del XX secolo, la quarta presenta calchi in gesso e produzioni in marmo di alcuni rilievi medievali provenienti dalla facciata del Duomo di Sant'Andrea di Carrara, la quinta presenta i prototipi relativi ai vari impieghi del marmo nell'arredo domestico e urbano, la sesta contiene 25 opere dedicate alla scultura moderna provenienti dalle Biennali di scultura, la settima ed ultima sala sezione dedicata alle mostre temporanee.