Его размещение, первоначально находившееся в королевском дворце, было перенесено в 1856 году в здание Университета Кальяри, после того как король Карло Феличе пожертвовал коллекции этому учреждению. В начале XX века музей, быстро расширявшийся, нуждался в новом помещении.
Открытие новой структуры, расположенной на площади Индепенденца и спроектированной Диониджи Скано, состоялось в 1904 году, оформление экспозиций было поручено Антонио Тарамелли, выдающемуся археологу и суперінтенденту с 1901 по 1931 год. С 1993 года музей, значительно обогатившийся благодаря пожертвованиям частных лиц и материалам, полученным во время раскопок, переместился в нынешнее престижное здание Цитадели музеев — многофункционального культурного центра, спроектированного архитекторами Пьеро Гаццолой и Либеро Чекклини на территории Королевского Арсенала XVIII века.
Музей предлагает возможность совершить полный временной экскурс через доисторию и древнюю историю Сардинии посредством экспозиции, распределенной на четыре этажа. На подэтажах представлены, в хронологическом и образовательном порядке, находки, иллюстрирующие все культурные этапы, сменявшие друг друга на острове начиная с Неолита (около 6000-4000 гг. до н.э.) до Высокого Средневековья (VIII век н.э.).
На остальных этажах экспозиция организована по топографическому принципу с иллюстрацией главных археологических памятников центральной и южной Сардинии. При этом выделяются пять ключевых культурных периодов: пренурагический период с находками неолита и энеолита (6000–1800 гг. до н.э.) и ранний бронзовый век (1800–1600 гг. до н.э.), нурагический период, представленный материалами с среднего бронзового века (1600–1300 гг. до н.э.) до второго железного века (600 г. до н.э.), финикийско-пунический период (вторая половина VIII – 238 гг. до н.э.), римская республика и империя (конец III века до н.э. – первая половина IV века н.э.) и, наконец, позднеримский и раннемедиевальный периоды (до VII–VIII веков н.э.).
