Además del subsuelo arqueológico de 4.000 m², situado bajo la plaza, el conjunto está formado por el Palau Comtal del siglo XI, (más tarde Palau Reial Major), residencia de los reyes de Catalunya y Aragón en la ciudad, en el que destacan el Salón del Tinell y la capilla palatina de Santa Àgata, del siglo XIV. Más tarde, en el siglo XVI, se construyó la torre-mirador del rey Martí. La Casa Padellàs, palacio gótico trasladado a principios del siglo XX a la Plaza del Rei, completa el conjunto monumental.

La colección del museo consta principalmente de objetos procedentes de excavaciones y contempla piezas tan diversas como cerámicas, material lítico, epigrafía, vidrio, orfebrería, escultura en mármol y piedra, elementos arquitectónicos, material orgánico, monedas, etc... con una cronología que abarca desde el período neolítico hasta nuestros días. Destacan la colección de retratos romanos, procedentes en su mayoría de las excavaciones realizadas en las murallas romanas; la epigrafía romana y hebrea, la cerámica (platos, cuencos, jarros, zafras, palanganas, cántaros y otras tipologías) o la orfebrería. Las colecciones de objetos no procedentes de excavaciones arqueológicas también son muy variadas.