Sein Standort, ursprünglich im königlichen Palast gelegen, wurde 1856 in das Gebäude der Universität Cagliari verlegt, nachdem der König Carlo Felice seine Sammlungen dieser Einrichtung gespendet hatte. Anfang des 20. Jahrhunderts, als das Museum stark wuchs, benötigte es einen anderen Standort.
Die Einweihung der neuen Struktur, gelegen auf der Piazza Indipendenza und entworfen von Dionigi Scano, fand 1904 statt; die Ausstellung wurde von Antonio Taramelli, einem bedeutenden Archäologen und Superintendent von 1901 bis 1931, kuratiert. Seit 1993 hat das Museum, das außergewöhnlich durch private Spenden und Materialien aus Ausgrabungen erweitert wurde, seinen Sitz in der heutigen prestigeträchtigen “Cittadella dei musei”, einer multifunktionalen kulturellen Einrichtung, die von den Architekten Piero Gazzola und Libero Cecchini im Bereich des königlichen Arsenal aus dem 18. Jahrhundert entworfen wurde.
Das Museum bietet die Möglichkeit, eine vollständige zeitliche Reise durch die Vorgeschichte und Antike Sardiniens zu unternehmen, mit einer Ausstellung, die sich über vier Ebenen erstreckt. Im Untergeschoss werden nach einem chronologisch-didaktischen Prinzip Exponate gezeigt, die alle kulturellen Phasen auf der Insel vom Frühneolithikum (ca. 6000–4000 v. Chr.) bis ins Frühmittelalter (8. Jahrhundert n. Chr.) veranschaulichen.
Auf den anderen Ebenen folgt die Ausstellung der Materialien einem topografischen Prinzip mit der Darstellung der wichtigsten archäologischen Stätten im zentral-südlichen Gebiet Sardiniens. Fünf grundlegende Kulturperioden werden hervorgehoben: die pränuragische Zeit mit Funden aus dem Neolithikum und Chalkolithikum (6000–1800 v. Chr.) und der frühen Bronzezeit (1800–1600 v. Chr.), die Nuragische Periode, dargestellt durch Materialien von der Mittelbronzezeit (1600–1300 v. Chr.) bis zur zweiten Eisenzeit (600 v. Chr.), die phönizisch-punische Zeit (zweite Hälfte des 8. Jahrhunderts v. Chr. bis 238 v. Chr.), die römische Republik- und Kaiserzeit (Ende 3. Jahrhundert v. Chr. bis erste Hälfte 4. Jahrhundert n. Chr.) und schließlich die spätrömische und frühmittelalterliche Zeit (bis zum 7.–8. Jahrhundert n. Chr.).
