Su sede, originalmente ubicada en el palacio regio, fue trasladada en 1856 al palacio de la Universidad de Cagliari, tras la donación de las colecciones hecha a esta entidad por el rey Carlos Félix. A principios del siglo XX, el museo, en fuerte expansión, necesitó disponer de una sede diferente.
La inauguración de la nueva estructura, situada en la plaza Independencia y diseñada por Dionigi Scano, tuvo lugar en 1904, con la puesta en escena a cargo de Antonio Taramelli, ilustre arqueólogo y superintendente desde 1901 hasta 1931. Desde 1993 el museo, ya enriquecido extraordinariamente por las donaciones de particulares y por los materiales provenientes de las excavaciones, se trasladó a la actual prestigiosa sede de la Ciudadela de los museos, estructura cultural polivalente diseñada por los arquitectos Piero Gazzola y Libero Cecchini en el área del Regio Arsenal setecentista.
El museo ofrece la posibilidad de realizar un completo recorrido temporal a través de la prehistoria y la historia antigua de Cerdeña mediante un itinerario expositivo articulado en cuatro plantas. En el sótano se exponen, siguiendo un criterio cronológico-didáctico, restos que ilustran todas las fases culturales que se sucedieron en la isla desde el Neolítico Antiguo (6000-4000 a.C. aproximadamente) hasta la Alta Edad Media (siglo VIII d.C.).
En las otras plantas la exposición de los materiales sigue un criterio topográfico con la ilustración de los principales yacimientos arqueológicos presentes en el territorio centro meridional de Cerdeña. Se destacan, sin embargo, cinco momentos culturales fundamentales: la edad prenurágica, con restos del período Neolítico y Eneolítico (6000-1800 a.C.) y de la primera edad del Bronce (1800-1600 a.C.), el período nurágico, ilustrado por materiales que datan desde el Bronce Medio (1600-1300 a.C.) hasta la segunda edad del Hierro (600 a.C.), el período fenicio-púnico (segunda mitad del siglo VIII a.C.-238 a.C.), la edad romana republicana e imperial (finales del siglo III a.C.- primera mitad del siglo IV d.C.) y, finalmente, la edad tardorromana y altomedieval (hasta los siglos VII-VIII d.C.).
