Le collezioni del museo si trovano ospitate su quattro piani a cui corrispondono temi espositivi diversi. Il piano terra è dedicato alla didattica, con un excursus cronologico sull'archeologia della Sardegna. Gli altri piani seguono una logica topografica e territoriale.

• Piano terra

  Il piano terra propone un percorso cronologico-didattico che attraversa la storia della presenza umana in Sardegna dal Neolitico antico sino all’Alto medioevo. I materiali esposti provengono sia dalle prime collezioni private che hanno costituito il nucleo originario del patrimonio museale sia dai diversi scavi archeologici che hanno interessato e interessano il territorio.

• I piano

  Il primo piano si articola in due percorsi tematici, il primo è dedicato principalmente a Cagliari e ai suoi centri limitrofi. Il percorso espositivo mostra l'evoluzione della città e la stratigrafia di alcuni dei suoi siti più importanti Tuvixeddu, Santa Gilla, Monte Claro. Ai principali centri nuragici è dedicata un'altra sala del piano espositivo

• II piano

  Il secondo piano segue un ordinamento topografico. Vi sono rappresentati alcuni tra i siti archeologici più importanti della Sardegna: Monte Sirai, Sant'Antioco, Bithia, Nora. Grandi contesti si alternano a ritrovamenti minori in un’esposizione che accosta e avvicina reperti preistorici a reperti romani e tardo-antichi.

• III piano

  Il terzo piano espositivo, dedicato alle mostre temporanee, ospita attualmente la gran parte delle statue nuragiche di Mont'e Prama. Il percorso è supportato da un'applicazione multimediale che illustra le diverse tipologie di statue.