En 1945, se trasladó a un edificio de la antigua calle Baños del Carmen, hoy plaza de Juan XXIII, para dar cabida al aumento de las colecciones que se había ido produciendo desde su inauguración.
Con el descubrimiento en 1967 de la necrópolis de San Antón, el director del museo Pedro San Martín planteó al ayuntamiento la construcción de la nueva sede del Museo Arqueológico alrededor del yacimiento para permitir su conservación in situ.
En la exposición de los materiales se ha seguido un criterio didáctico, catalogando los materiales con un sentido cronológico en la primera planta y otro, monográfico, sobre yacimientos y exposiciones en la segunda, quedando en el centro la necrópolis como yacimiento principal, pudiéndose observar desde todos los puntos del recorrido de la exposición permanente.
Los materiales expuestos abarcan desde el Paleolítico Medio hasta prácticamente nuestros días, aunque por tratarse de una ciudad como Cartagena en la que tanto se dejó sentir el proceso de romanización sean precisamente los vestigios pertenecientes a este período los más numerosos y mejor presentados.
Para cubrir esta importante labor el museo cuenta con unas instalaciones anexas dotadas con salas de trabajo, biblioteca, talleres y laboratorios fotográficos y de restauración.