Bölgenin çok zengin bir arkeolojik geçmişinin bulunması ve 1969 yılında faaliyete açılan eski müzenin ihtiyaca cevap vermemeye başlaması sebebiyle potansiyeline uygun olarak 200 dönümlük kompleks bir arazi üzerinde, eski müzenin 12 katı büyüklüğünde 60 dönümlük bir alanda inşa edilmiştir. 3 katlı olarak inşa edilen bu müze; Türkiye’nin en büyük kapalı alana sahip müzesi olması, Türkiye’nin en büyük sergileme alanına sahip müzesi olması, 4.5 km’lik gezi güzerhında rahat dolaşımın sağlanabilmesi için merdivensiz bir yapıda tasarlanmış olması ve canlandırma sayısı olarak Dünya’nın sayılı müzeleri arasıda yer alması gibi önemli niteliklere sahiptir. Arkeoloji müzesinde yaklaşık 10.000 nitelikli eser sergilenmektedir. Müzede Paleolitik dönemden itibaren kronolojik olarak sınıflandırılmış salonlarında her döneme ait eserler ayrı ayrı sergilenmektedir. Müzede Dünya’nın en eski heykelinin yanı sıra, Göbeklitepenin bire bir ebatlarda inşa edilmiş imitasyonu, Nevali Çori’den çıkartılan orjinal tapınak kalıntıları ve bir çok döneme dair canlandırmalar yer almaktadır. Ayrıca Müze içerisinde 3D Animasyon tekniğiyle görselleştirilmiş Hz. İbrahim (a.s.) kıssasının canlandırıldığı bir sinevizyon salonu da yer almaktadır.