Το Αρχαιολογικό Μουσείο της Χίου, ως κτίριο, αποτελεί αντιπροσωπευτικό δείγμα της αρχιτεκτονικής του ’60 (εμφανές μπετόν και υαλοπίνακες στους τοίχους), που συνδυάζει το τοπικό στοιχείο της Θυμιανούσικης πέτρας.
Μετά την ανακαίνισή του, το 2000, έγινε επανέκθεση των αρχαιολογικών του θησαυρών, με σύγχρονο μουσειολογικό πρόγραμμα. Η μόνιμη έκθεση των αρχαιολογικών ευρημάτων του Μουσείου, με τίτλο «Χίος τ’ έναλος πόλις Οινοπίωνος» (Χίος, η παραθαλάσσια πόλη του Οινοπίωνα) περιλαμβάνει αντιπροσωπευτικά δείγματα της Τέχνης και της καθημερινής ζωής στη Χίο, από τη Μυκηναϊκή περίοδο, ως και την ύστερη Ρωμαιοκρατία.
Η έκθεση περιλαμβάνει ευρήματα από τις ανασκαφές της Αγγλικής Αρχαιολογικής Σχολής στο Αγ. Γάλας, το Εμποριό, τα Δότια και τα Φανά, από τις ανασκαφές του Νικολάου Κοντολέοντος στο Ριζάρι και τις σωστικές ανασκαφές της Κ΄ ΕΠΚΑ, κυρίως στην πόλη της Χίου. Περιλαμβάνει επίσης αντικείμενα που με φροντίδα περισυνέλεξε ο έκτακτος επιμελητής Αρχαιοτήτων Αντώνιος Στεφάνου τις δεκαετίες ΄60 – ΄70, αλλά και αντικείμενα που παραδόθηκαν κατά καιρούς από πολίτες της Χίου.
Στους αύλειους χώρους του Μουσείου εκτίθενται αρχιτεκτονικά μέλη και επιγραφές, καθώς και αναστήλωση μοναδικού μακεδονικού τύπου τάφου, που βρέθηκε στην περιοχή του Φραγκομαχαλά.
Υπάρχει επίσης αίθουσα περιοδικών εκθέσεων, που φιλοξενεί τα ευρήματα από το μυκηναϊκό νεκροταφείο στο Αρχοντίκι των Ψαρών.
