Son siège, initialement situé dans le palais royal, fut transféré en 1856 dans le palais de l’Université de Cagliari, suite au don des collections fait à cet établissement par le roi Charles-Félix. Au début du XXe siècle, le musée, en forte expansion, eut besoin d’un autre emplacement.
L’inauguration de la nouvelle structure, située place de l’Indépendance et conçue par Dionigi Scano, eut lieu en 1904, avec une installation organisée par Antonio Taramelli, illustre archéologue et surintendant de 1901 à 1931. Depuis 1993, le musée, désormais enrichi de façon extraordinaire grâce aux dons de particuliers et aux matériaux provenant des fouilles, a été transféré dans l’actuelle prestigieuse demeure de la Cité des musées, un complexe culturel polyvalent conçu par les architectes Piero Gazzola et Libero Cecchini dans la zone de l’Arsenal Royal du XVIIIe siècle.
Le musée offre la possibilité d’effectuer un parcours temporel complet à travers la préhistoire et l’histoire ancienne de la Sardaigne par le biais d’un parcours d’exposition réparti sur quatre étages. Au sous-sol sont exposés, selon un critère chronologique et didactique, des objets illustrant toutes les phases culturelles qui se sont succédé sur l’île à partir du Néolithique ancien (environ 6000-4000 av. J.-C.) jusqu’au Haut Moyen Âge (VIIIe s. ap. J.-C.).
Aux autres étages, l’exposition des matériaux suit un critère topographique avec l’illustration des principaux sites archéologiques présents dans le territoire du centre-sud de la Sardaigne. Cinq moments culturels fondamentaux sont cependant mis en évidence : l’âge pré-nuragique, avec des objets du Néolithique et de l’Âge du cuivre (6000-1800 av. J.-C.) et du début de l’Âge du bronze (1800-1600 av. J.-C.), la période nuragique, illustrée par des matériaux datant du Bronze moyen (1600-1300 av. J.-C.) à la seconde Âge du fer (600 av. J.-C.), la période phénico-punique (de la seconde moitié du VIIIe s. av. J.-C. à 238 av. J.-C.), l’époque romaine républicaine et impériale (fin IIIe s. av. J.-C. à la première moitié du IVe s. ap. J.-C.) et enfin l’époque tardive romaine et haut-médiévale (jusqu’aux VIIe-VIIIe siècles ap. J.-C.).
