Il museo, d'antica istituzione, si trova nell'importante area archeologica che comprende resti di edifici pubblici romani e il teatro di età imperiale. Ha sede in un edificio a forma di tempietto ionico costruito nel 1914 da Ezio Cerpi. Raccoglie, in otto sale, materiale archeologico etrusco e romano proveniente da scavi eseguiti in loco (terme, teatro, tempio) e da donazioni (statue, stele, fibule, urne, bronzetti). Una nuova sezione comprende materiale di epoca longobarda. Vi è esposta anche la collezione Costantini, ricca raccolta di ceramiche antiche (circa 170 pezzi), donata da Alfiero Costantini al Comune di Fiesole nel 1985