Το Αρχαιολογικό Μουσείο Μυτιλήνης στεγάζεται σε δύο κτίρια, το Παλαιό, ένα αρχοντικό οικοδόμημα επί της οδού Αργύρη Εφταλιώτη 7, όπου πρώτη φορά φιλοξενήθηκε έκθεση αρχαίων το 1967, και το Νέο Κτίριο στην περιοχή Κιόσκι. Το Νέο Κτίριο οικοδομήθηκε την δεκαετία του ΄90, στη ίδια θέση όπου το 1935 είχε ανεγερθεί το πρώτο Αρχαιολογικό Μουσείο της Μυτιλήνης από την Αμερικανική Σχολή Κλασικών Σπουδών. Για τον λόγο αυτό η πρόσοψη του Νέου Κτιρίου επαναλαμβάνει εκείνη του πρώτου Μουσείου, το οποίο είχε κατεδαφιστεί λόγω καθίζησης του εδάφους.
Το Νέο Κτίριο, το οποίο σχεδιάστηκε με σύγχρονη μουσειολογική αντίληψη, είναι πολυεπίπεδο και εκτός από την αρχαιολογική έκθεση, στεγάζει γραφεία αρχαιολόγων, εργαστήρια συντήρησης κεραμικής και μετάλλων, καθώς και τις αποθήκες, όπου φυλάσσονται κατεγραμμένα και ακατάγραφα αρχαιολογικά ευρήματα.
Η αρχαιολογική έκθεση διαρθρώνεται σε δύο κύριες ενότητες: την μόνιμη και την περιοδική.
Η μόνιμη έκθεση εγκαινιάστηκε στις 23 Μαρτίου 1999 και παρουσίαζε με πρωτοποριακό τρόπο τα εκθέματα: ψηφιδωτά δάπεδα και τοιχογραφίες ελληνιστικών και ρωμαϊκών κτιρίων, γλυπτά και ολιγάριθμα πήλινα αντικείμενα, μέσα από τα οποία εκτυλίσσεται η ζωή στην αρχαία Μυτιλήνη από τον 3ο αι. π.Χ. έως τον 4ο αι. μ.Χ.
Στην λεγόμενη οικία Μενάνδρου στα ψηφιδωτά δάπεδα απεικονίζονται μεταξύ άλλων το πορτραίτο του Μενάνδρου, προτομή της Μούσας Θάλειας, παραστάσεις σκηνών από τις κωμωδίες του ποιητή και ο Ορφέας, που με τους μαγικούς ήχους της λύρας του εξημερώνει τα άγρια ζώα. Στο ψηφιδωτό δάπεδο μιας άλλης οικίας παριστάνεται η Αύγη με τον μικρό Τήλεφο στην αγκαλιά, την ώρα που βγαίνει στη μικρασιατική στεριά, ενώ οι ψαράδες έκπληκτοι τινάσσονται προς τα πίσω. Ένας θαλάσσιος δαίμονας εγγεγραμμένος σε ρόμβο και πλαισιωμένος από τις τέσσερις εποχές κοσμούσε το αίθριο μίας ακόμη ρωμαϊκής οικίας, τα κατάλοιπα της οποίας ήρθαν στο φως στην πλαγιά του λόφου της Αγίας Κυριακής, κάτω από το αρχαίο Θέατρο.
Στις αίθουσες με τα γλυπτά ξεχωριστή θέση έχουν τα επιτύμβια ανάγλυφα, ιδιαίτερα τα νεκρόδειπνα και τα ανάγλυφα στον τύπο του Θράκα Ιππέα. Από τους θεούς ξεχωρίζουν τα αγαλμάτια Αφροδίτης και Απόλλωνα, αντίγραφα σπουδαίων κλασικών και ελληνιστικών προτύπων. Επίσης απεικονίζονται μορφές αυτοκρατόρων, διανοούμενων, φιλοσόφων ή ανώτερων Ρωμαίων αξιωματούχων.
Το Νέο Κτίριο του Αρχαιολογικού Μουσείου Μυτιλήνης, αφενός με τις εκδηλώσεις και τα εκπαιδευτικά προγράμματα που οργανώνονται από πλευράς Εφορείας, αφετέρου με την φιλοξενία σημαντικών πολιτιστικών δρώμενων δημόσιων ή ιδιωτικών φορέων, αποτελεί πλέον για την πόλη κέντρο πολιτισμού και διανόησης.
