Müze, 1917 tarihinde Milli Mimari akımının kurucusu Mimar Kemaleddin Bey’in planını çizdiği binada hizmet görmektedir. 1945 yılında müze, depo olarak hizmete başlamış, 1951 yılında da resmi açılışı yapılmıştır.
Eser sayısı bakımından ülkenin önde gelen müzelerinden biri olan Arkeoloji Müzesinde 2015 rakamlarıyla 31.282’si sikke olmak üzere 32.904 eser bulunmaktadır.
Müze üç ana bölümden oluşmakta. Birinci bölüm taş eserler seksiyonu adı altında, heykeller, mezar stelleri ve lahitlerin sergilendiği bölümdür. Bu bölümün en ilgi çeken ve önemli eserleri bir tümülüs mezar kazasından bulunan lahit içerisinde eşyalarıyla birlikte sergilenen mezar sahibi bir Satry heykelidir.
İkinci bölüm M. K. Atatürk ve Şapka İnkılâbı bölümüdür. Bilindiği üzere Mustafa Kemal Kastamonu ziyaretlerinden Şapka İnkılâbına ilişkin ikinci nutkunu şu anda müze binası olan döneminin CHP Halk Fırkasında vermiştir. Seksiyonda Atatürk’e ait eşyalar ile inkılâba ilişkin dokümanlar sergilenmektedir.
Üçüncü bölüm ise kronolojik bir sıra ile Kastamonu ve çevresinde ele geçmiş, taş, metal, pişmiş toprak, cam eserleri tarih öncesinden Bizans dönemine kadar sergilemektedir. Bu bölümde birbirinden ilginç ve önemli eserler bulunmaktadır. Bu eserlerden en önemlileri ise Devrekâni Kınık kazılarında bulunmuş olan madeni eserlerdir.
Dinsel ritüellerde kullanıldığı bilinen bu kaplardan özellikle boğa başlı ryhton denilen kaplar, öte taraftan üzerinde Hitit hiyeroglifi ile yazılmış bilgilerin bulunduğu çanak da çok önemlidir. Bu çanakta hiyeroglifle Taprammi ismi yazılmıştır. Çanağın en önemli özelliği ise üzerindeki betimlemelerde iki yaban hayvanının çiftleşmesi görselidir. Bu ülkemizde bulunan hiçbir Hitit Dönemi eserinde yer alan bir betim değildir. Eser bu haliyle bile müzeyi başlı başına önemli kılmaktadır. Bu gruptan bir diğer eser de kazılar sırasında bulunan sorguçlu miğfere sahip asker heykelciğidir. Aynı kazılarda bulunan yine Hitit Dönemi camdan üretilmiş deniz kabuğu da dünya arkeolojisi için nadide örneklerden biridir.