Το Αρχαιολογικό Μουσείο φυλάσσει και εκθέτει μέρος των ευρημάτων που είδαν το φως σε διάφορες φάσεις ανασκαφών ήδη από τις αρχές του προηγούμενου αιώνα. Η σύλληψη της κατασκευής του αρχαιολογικού μουσείου, η εκπόνηση του αρχιτεκτονικού του σχεδίου και η ολοκλήρωσή του έγιναν την περίοδο της Ιταλοκρατίας στο νησί, όταν Γενικός Διευθυντής Δωδεκανήσου ήταν ο Μάριο Λάγκο.
Το 1934 ξεκίνησε η υλοποίηση του έργου με την εκπόνηση των αρχιτεκτονικών σχεδίων πιθανότατα από τον Ιταλό αρχιτέκτονα Rodolfo Petracco, ενώ η οικοδόμηση του κτιρίου έγινε πάνω στο τμήμα του ελληνιστικού τείχους της αρχαίας πόλης. Το διώροφο κτίριο που βρίσκεται στην πλατεία Ελευθερίας κηρύχθηκε διατηρητέο το 1986 και σε αυτό φυλάσσονται τα ευρήματα που ανακαλύφθηκαν από τους χώρους ανασκαφής της Αγοράς και από το Δυτικό αρχαιολογικό χώρο καθώς και από μνημεία όπως ο «Βωμός του Διονύσου», το «Ωδείο» και η «Ρωμαϊκή Οικία».
Στον ισόγειο χώρο του μουσείου –ο μόνος επισκέψιμος χώρος διότι στο υπόγειο και στον πρώτο όροφο φυλάσσονται προς το παρόν τα αρχαιολογικά ευρήματα -σημαντική είναι και η έκθεση γλυπτών με έργα από τα ελληνιστικά έως τα υστερο-ρωμαϊκά χρόνια στην ανατολική αίθουσα και στο αίθριο, μαζί με τα ψηφιδωτά. Στον προθάλαμο του μουσείου ξεχωριστή θέση έχει «το κεφάλι της Ήρας» του 2ουαι. π.Χ. και επιτύμβιο ανάγλυφο με παράσταση λιονταριού, ενώ στη βορειοδυτική αίθουσα εκτίθεται και το περίφημο άγαλμα του «Ιπποκράτη» του 4ουαι. π.Χ.. Στην ίδια αίθουσα, στους τοίχους, παρουσιάζεται ανάγλυφο με παράσταση συμποσίου, εξαιρετικό δείγμα υστεροαρχαϊκής τέχνης.