È allestito al piano terra del medievale palazzo Martino IV, uno dei tre palazzi papali alle spalle del duomo di Orvieto.
Raccoglie i materiali di più antico e recente ritrovamento e costituisce, assieme al museo della Fondazione Faina – posto sul lato opposto della piazza del Duomo – una sintesi delle conoscenze archeologiche su Orvieto. Essendo legato all’attività di ricerca e studio della Soprintendenza per i Beni Archeologici dell’Umbria e delle istituzioni scientifiche e culturali che operano nel territorio, il museo nazionale mostra gli esiti delle ricerche archeologiche ed è pertanto in continua evoluzione.
Inaugurato nel 1982, il museo espone i materiali rinvenuti nel territorio fino al XIX secolo in precedenza custoditi nella sezione archeologica del Museo dell’Opera del Duomo. A questa collezione, composta da alcune migliaia di oggetti, si sono aggiunte le pitture parietali delle tombe Golini di Porano, fino a quel momento conservate nel Museo Archeologico di Firenze, nonché una cospicua raccolta dei più antichi ritrovamenti nella città (necropoli urbane di Crocifisso del Tufo e di Cannicella, templi del Belvedere e di via San Leonardo) e nel territorio circostante (necropoli di Porano, di Castellonchio e delle località limitrofe) riordinati topograficamente secondo moderni criteri museografici. I reperti recuperati grazie a scavi recenti o tuttora in corso vengono esposti secondo un piano di rotazione che consente di apprezzare i continui risultati delle ricerche.