Alla demolizione della cinquecentesca villa Stati Mattei è scampato l'edificio ottocentesco sede di questo museo, dove sono raccolti i materiali relativi al primo insediamento sul palatino, le sculture rinvenute sul colle dal 1870 a oggi, e una serie di stucchi e affreschi, a documentare l'evoluzione della decorazione artistica da Augusto alla tarda antichità. Il Palladium Palatinum (originale di fine VI secolo a.C.) è l'opera più prestigiosa all'interno della statuaria; le terrecotte architettoniche dette lastra Campana (36-28 a.C.) appartengono alla decorazione del tempio di Apollo sul colle; dalla casa di Augusto provengono le pitture di secondo stile pompeiano (seconda metà del I secolo a.C.) e dalle domus Tiberina e Transitoria le tarsie marmoree usate come rivestimento parietale.