Erede dell’ottocentesco museo municipale, l’edificio fu realizzato subito a ridosso del centro storico, nella zona di interesse archeologico in località la Croce, dove venne riportato alla luce parte dell’antico abitato peucezio fatto di case, strutture produttive e una fornace per la cottura delle ceramiche. La struttura museale viene ufficialmente inaugurata nel 1993, in coincidenza di alcune importanti scoperte effettuate negli anni Novanta del secolo scorso che costituiscono ulteriori elementi di richiamo per il pubblico, come lo scheletro neandertaliano dell’Uomo di Altamura, rinvenuto in una grotta carsica in località Lamalunga, e il sito paleontologico con orme di dinosauri di Cava Pontrelli.

L’allestimento si sviluppa su due piani e l’itinerario di visita del museo è suddiviso in sette sezioni: Paleolitico, Neolitico, Età dei Metalli, Età Arcaica, Classica, Ellenistico – Romana e Medioevale.
Al primo piano, l’esposizione è dedicata alle civiltà succedutesi nell’Alta Murgia, dalla Preistoria alla Tarda Antichità, con materiali provenienti da abitati e necropoli del territorio limitrofo.
Ampio spazio è dedicato alla mostra Preistoria del cibo. Alle origini del pane, nata dalla volontà di ricreare il forte legame con la vocazione agricola del territorio.
Il secondo piano è invece dedicato interamente al Paleolitico europeo con approfondimenti specifici sull’Italia centro – meridionale. Presenta un’esposizione che si serve di diversi strumenti per raccontare l’evoluzione dell’uomo: considerata l’inaccessibilità ai siti di ritrovamento, vi è una sezione dedicata al ritrovamento dello scheletro di Homo Neandertalensis, individuato dal CARS nel 1993 all’interno della Grotta di Lamalunga, a circa 3 Km da Altamura: attraverso pannelli dimostrativi, video multimediali e alcuni resti animali rinvenuti nella grotta, è possibile approfondire la conoscenza del ritrovamento. Nel 2017 è stata presentata al pubblico ed esposta nel museo una perfetta ricostruzione dell’Uomo di Altamura, cominciata eseguendo una riproduzione digitale del cranio con dati morfologici raccolti mediante l’utilizzo dello scanner laser e della fotogrammetria, per poi arrivare a un modello in scala di impressionante impatto, opera dei fratelli Kennis, già noti per aver ridato vita a Öetzi, l’uomo del Similaun, conservato nel Museo Archeologico di Bolzano.