Στο Αρχαιολογικό Μουσείο της Λήμνου παρουσιάζεται η ιστορική διαδρομή και η εξέλιξη του νησιού χρονολογικά, από τη χαλκολιθική περίοδο ως τη ρωμαιοκρατία. Η έκθεση καταλαμβάνει και τους δύο ορόφους του κεντρικού κτιρίου. Στον πρώτο όροφο φιλοξενούνται εκθέματα της προϊστορικής Λήμνου. Στις δύο αίθουσες του ίδιου ορόφου για στατικούς λόγους τοποθετήθηκαν επίσης τα λίθινα του Μουσείου: γλυπτά, επιγραφές και επιτύμβιες στήλες από τους κλασικούς χρόνους ως τη ρωμαϊκή περίοδο. Στον δεύτερο όροφο παρουσιάζεται η Λήμνος των ιστορικών χρόνων από τον 8ο π.Χ. αι. ως τους ρωμαϊκούς χρόνους. Τα εκθέματα προέρχονται από ανασκαφές της Κ’ ΕΠΚΑ και της Ιταλικής Αρχαιολογικής Σχολής. Πρόκειται για αγγεία, σκεύη καθημερινής χρήσης, κτερίσματα τάφων, αφιερώματα, ειδώλια, μήτρες, σφραγίδες, επιγραφικές μαρτυρίες, οστέϊνα και μετάλλινα αντικείμενα, κοσμήματα, εργαλεία και νομίσματα.
Το κτίριο κατασκευάστηκε τον 19ο αι. και περιλαμβάνει το κεντρικό διώροφο, εμβαδού 605 τ.μ περίπου, τους εξωτερικούς αποθηκευτικούς χώρους και την αυλή. Το κτίριο του Μουσείου Λήμνου αποτελεί τυπικό διώροφο δείγμα της εποχής.
