Στο Παλαιό κτίριο του Αρχαιολογικού Μουσείου Μυτιλήνης ξετυλίγεται η ιστορία της Λέσβου από την Τελική Νεολιθική περίοδο ως την ύστερη Ρωμαιοκρατία. Χτίστηκε το 1912 από την οικογένεια Βουρνάζου σε ρυθμό εκλεκτικιστικό για να χρησιμοποιηθεί ως κατοικία. Το κυρίως κτήριο, εμβαδού 800 τ.μ περίπου, είναι διατηρητέο, ενώ το υποστατικό απλό κεραμοσκεπές κτήριο στο άκρο της μεγάλης αυλής. Αποτελείται από δύο ορόφους και ισόγειο. Όλοι οι όροφοι επικοινωνούν μεταξύ τους με ξύλινες κλίμακες, ενώ στον πρώτο όροφο οδηγούν από την αυλή δύο αντιθετικά τοποθετημένες μαρμάρινες κλίμακες. Τα πατώματα και στους δύο ορόφους της έκθεσης είναι ξύλινα και σε κάθε όροφο υπάρχει επίσης WC. Το δάπεδο του ανακαινισμένου υποστατικού είναι στρωμμένο με κεραμικές πλάκες. Το Νέο κτίριο κατασκευάστηκε σύμφωνα με τις τελευταίες μουσειολογικές αντιλήψεις. Οι εργασίες κατασκευής του ολοκληρώθηκαν το 1995. Διαιρείται σε τρία επίπεδα. Στο πρώτο (όροφος πάνω από το ισόγειο) υπάρχουν γραφεία καθώς και αίθουσα εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων. Στο δεύτερο επίπεδο βρίσκονται η έκθεση, το φυλάκειο, η αίθουσα διαλέξεων, το κυλικείο, το W.C, καθώς και κάποιοι βοηθητικοί χώροι. Στο τρίτο και κατώτατο επίπεδο υπάρχουν οι αποθήκες, ο χώρος του εργαστηρίου καθώς και ο χώρος εγκατάστασης του κλιματισμού. Τα επίπεδα επικοινωνούν μεταξύ τους με μαρμάρινες κλίμακες και ανελκυστήρα. Για τους χώρους της έκθεσης υπάρχουν ειδικά αναβατόρια για ΑΜΕΑ. Τα δάπεδα είναι μαρμάρινα, ξύλινα ή από λαμαρίνα ενώ στο υπόλοιπο κτίριο έχουμε μάρμαρο ή πλακάκια εκτός της αίθουσας διαλέξεων, όπου έχουμε ξύλο.
