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

  𝑨𝒗𝒗𝒊𝒔𝒊𝒂𝒎𝒐 𝒊𝒍 𝒏𝒐𝒔𝒕𝒓𝒐 𝒑𝒖𝒃𝒃𝒍𝒊𝒄𝒐 𝒄𝒉𝒆 𝒊𝒍 𝒕𝒆𝒓𝒛𝒐 𝒑𝒊𝒂𝒏𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝑴𝒖𝒔𝒆𝒐 𝒂𝒓𝒄𝒉𝒆𝒐𝒍𝒐𝒈𝒊𝒄𝒐 𝒏𝒐𝒏 𝒆̀ 𝒂𝒕𝒕𝒖𝒂𝒍𝒎𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒗𝒊𝒔𝒊𝒕𝒂𝒃𝒊𝒍𝒆. 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.