Binnen het kader van een breder programma voor het herordenen van de musea van de stad door het ontleden van de collecties van de Galleria degli Uffizi, werd het Museum (opgericht bij Koninklijk decreet van 17 maart 1870) ingehuldigd door koning Victor Emanuel II op 12 maart 1871 in het zogenaamde “Cenacolo di Foligno”, in de Via Faenza, met de collecties van het Etruskisch Museum, dat ook de Griekse en Romeinse oudheden uit de Medicee en Lorense collecties omvatte.
In dezelfde locatie aan de Via Faenza was er al in 1855 het Egyptisch Museum ingericht, het tweede van Italië na dat van Turijn, dat enkele oudheden bevatte die al sinds de 18e eeuw in de Medicee collecties aanwezig waren, maar aanzienlijk uitgebreid dankzij de Groothertog van Toscane Leopold II, die naast de aankoop van enkele privécollecties, samen met Karel X, koning van Frankrijk, een wetenschappelijke expeditie naar Egypte financierde, geleid door Jean-François Champollion, de ontcijferaar van hiërogliefen, en de Pisaner Ippolito Rosellini, zijn vriend en leerling, die de vader van de Italiaanse egyptologie zou worden. De talrijke voorwerpen die tijdens de reis werden verzameld, zowel door opgravingen uit te voeren als door aankopen van lokale handelaren, werden bij terugkomst gelijk verdeeld tussen het Louvre in Parijs en Florence.
De uitbreiding van de collecties maakte de locatie in de Via Faenza al gauw ongeschikt en in 1880 werd het Archeologisch Museum ondergebracht in het huidige gebouw van het Palazzo della Crocetta, gerestaureerd en uitgebreid in 1619-20 door Giulio Parigi als residentie van Maria Maddalena, zus van de Groothertog Cosimo II de’ Medici. Tussen dit paleis en de kerk van de SS. Annunziata werd tevens een corridor gemaakt, zodat de prinses, die volgens Giorgio Vasari “ernstig lichamelijk gehandicapt was”, onopgemerkt religieuze ceremonies kon bijwonen.
Het Egyptisch Museum, vanaf 1880 heringericht door de Piemontese egyptoloog Ernesto Schiaparelli, toekomstig directeur van het Egyptisch Museum van Turijn, werd in 1883 naar dezezelfde locatie verplaatst en ingewijd in aanwezigheid van de koninklijke familie Umberto en Margherita van Savoia, zoals te lezen is in de hiërogliefen in zalen I en II.
Met Schiaparelli ondergingen de Florentijnse collecties een aanzienlijke groei, dankzij zijn opgravingen en aankopen in Egypte voor zijn verhuizing naar Turijn. De laatste reeks van collecties die het Egyptisch Museum van Florence ontving, bestond uit privé- en wetenschappelijke donaties, waaronder die van het Florentijns Papyrologisch Instituut van voorwerpen afkomstig van opgravingen in Egypte tussen 1934 en 1939, waaronder een collectie katoenen stoffen uit de Koptische periode die tot de rijkste en belangrijkste ter wereld behoort.
In het eerste decennium van zijn bestaan zorgde Luigi Adriano Milani, die in 1884 directeur van het Archeologisch Museum werd, voor de nieuwe inrichting, waarbij hij de typologische tentoonstellingsmethode voor de oude collecties hanteerde, die al door Gamurrini voor het museum aan de Via Faenza werd gebruikt, hoewel die op dat moment al achterhaald was. Om het evolutionaire proces van artistieke creatie te benadrukken, handhaafde hij de ontleding van zowel privécollecties als van opgravingsmaterialen die tot de groothertogelijke verzamelingen behoorden; hij gebruikte echter een historicistische methode voor de vondsten van de nieuwe opgravingen, waarmee hij op de begane grond de eerste kernen van het toekomstige topografische museum vormde, en hij realiseerde slechts gedeeltelijk het plan om alle oude beeldhouwwerken uit de Florentijnse tuinen en paleizen in het museum onder te brengen; het beperkte aantal dat hij wist te verkrijgen werd in de bogen van de Mediceïsche corridor en in de tuin geplaatst.
Tussen 1890 en 1898 kwamen daarentegen enkele van de grote Etruskische, Griekse en Romeinse bronzen uit de Uffizi (1890), naast talrijke kleine Griekse en Romeinse bronzen uit de Medicee en Lorense collecties, en ook de numismatische collectie (1895) en de glyptische collectie (1898).
In de binnenplaats van het paleis werden de restanten van Romeinse monumenten opgesteld die tijdens renovatiewerkzaamheden aan het einde van de 19e eeuw in het centrum van Florence werden gevonden.
Op 5 mei 1898 werd de sectie van het Topografisch Museum van Etrurië geopend, ingericht door Luigi Adriano Milani, die in zeventien zalen de geschiedenis van de Etrusken illustreerde aan de hand van materialen verzameld tijdens opgravingen in het gebied van het oude Etrurië; in de historische tuin, die openbaar werd in 1902, werden enkele monumentale tombes met originele materialen herbouwd om de belangrijkste architectonische grafvormen gebruikt door de Etrusken te documenteren.
Na de dood van Milani begon de heropleving met Antonio Minto, die een grote transformatie van de tentoonstelling in het Palazzo della Crocetta doorvoerde door ook de tweede verdieping die tot 1925 een verzameling tapijten en antieke stoffen huisvestte, geschikt te maken voor de tentoonstelling. Hier werden onder andere de collecties van Griekse, Etruskische en Romeinse keramiek, Etruskische terracotta’s, de gipstheek en de Koninklijke Galerie van Etruskische Schilderkunst getoond, met facsimiles die vanaf 1899 door Gatti werden gemaakt.
Het Topografisch Museum werd geleidelijk uitgebreid tot in totaal 52 zalen. In 1942 werd een deel van het Palazzo degli Innocenti aangekocht, waar de nieuwe ingang vanaf piazza SS. Annunziata werd gerealiseerd; de twee bovenste verdiepingen werden weliswaar gerestaureerd, maar nooit voor museale doeleinden ingericht. Het gebrek aan geschikte ruimtes voor de tentoonstelling van zijn zeer rijke collecties is sinds de oprichting het chronische probleem van dit museum, dat ook leed onder de algemene onverschilligheid van de stad, die meer gevoelig was voor de problemen rond haar middeleeuwse en renaissanceverleden, zoals ook Minto al klaagde.
De overstroming van 1966 vernietigde het Topografisch Museum volledig en momenteel zijn meer dan honderdduizend voorwerpen van uitzonderlijke waarde opgeslagen in magazijnen en kunnen vanwege gebrek aan geschikte tentoonstellingsruimtes alleen bij tijdelijke tentoonstellingen voor het publiek worden getoond.
Vandaag de dag is het in het Nationaal Archeologisch Museum van Florence mogelijk om een groot deel van de oude Medicee-Lorense collecties te zien (keramiek, bronzen en andere lithische beelden, waaronder de Monetiere, een van de belangrijkste munten- en antieke edelsteenverzamelingen ter wereld), het Egyptisch Museum (inclusief een selectie van Koptische stoffen), een deel van de topografische sectie met grote Etruskische graftombes van prinselijke graven, de monumentale tuin en een rijke selectie van Griekse vazen gevonden in Etruskische (en andere) graven, waaronder sommige wereldberoemd zoals de beroemde François-vaas.
