De locatie, oorspronkelijk gevestigd in het Koninklijk Paleis, werd in 1856 verplaatst naar het Universiteitsgebouw van Cagliari, na de schenking van de collecties aan deze instelling door koning Carlo Felice. Begin twintigste eeuw, toen het museum sterk uitbreidde, was er behoefte aan een andere locatie.
De opening van het nieuwe gebouw, gelegen op het Piazza Indipendenza en ontworpen door Dionigi Scano, vond plaats in 1904, met een tentoonstelling samengesteld door Antonio Taramelli, een vooraanstaand archeoloog en superintendant van 1901 tot 1931. Sinds 1993 is het museum, dat inmiddels op indrukwekkende wijze is verrijkt door particuliere schenkingen en materialen uit opgravingen, verhuisd naar de huidige prestigieuze locatie in de Cittadella dei Musei, een multifunctioneel cultuurcentrum ontworpen door de architecten Piero Gazzola en Libero Cecchini in het gebied van het achttiende-eeuwse Regio Arsenaal.
Het museum biedt de mogelijkheid om een volledige temporele excursie te maken door de prehistorie en de oude geschiedenis van Sardinië via een tentoonstelling verspreid over vier verdiepingen. In de kelder worden, volgens een chronologisch-didactisch criterium, vondsten tentoongesteld die alle culturele fasen illustreren die op het eiland hebben plaatsgevonden, van het Vroegneolithicum (ca. 6000-4000 v.Chr.) tot de Vroege Middeleeuwen (8e eeuw na Christus).
Op de andere verdiepingen volgt de tentoonstelling van de materialen een topografisch criterium met een uiteenzetting van de belangrijkste archeologische vindplaatsen in het centraal-zuidelijke gebied van Sardinië. Vijf fundamentele culturele momenten worden benadrukt: de prenataluragische periode, met vondsten uit het Neolithicum en Eneolithicum (6000-1800 v.Chr.) en de vroege Bronstijd (1800-1600 v.Chr.), de nuragische periode, geïllustreerd door materialen uit het Midden Bronzen Tijdperk (1600-1300 v.Chr.) tot de tweede IJzertijd (600 v.Chr.), de Fenicisch-Punische periode (tweede helft 8e eeuw v.Chr. – 238 v.Chr.), de Romeinse republikeinse en keizerlijke tijd (eind 3e eeuw v.Chr. – eerste helft 4e eeuw na Chr.) en ten slotte de late Romeinse en vroege middeleeuwse periode (tot de 7e-8e eeuw na Chr.).
