Ad ospitare il Museo è l'imponente Palazzo Comunale alle cui vicende sono in un certo senso collegate quelle del Museo stesso. Iniziato nel 1575 da Giacomo della Porta su disegno del Vignola ed impostato sui resti di un edificio romano, il Palazzo ha sempre presentato in corso d'opera numerosi problemi, mai risolti del tutto, che hanno comportato restauri e consolidamenti della struttura sia prima che venisse completato, ad opera dell'architetto Filippo Barigioni nel 1720, sia dopo.

Colpito dai bombardamenti dell’ultima guerra, il Palazzo fu ricostruito secondo l’originario progetto del Vignola. Eretto su pianta rettangolare senza cortile, presenta caratteristiche architettoniche sobrie ed eleganti ed un impianto planimetrico molto semplice; due grandi scaloni ne organizzano la suddivisione spaziale a partire dal piano rialzato, per tre piani, mentre il piano seminterrato è indipendente, con accesso dall’esterno sulla facciata retrostante.

A partire dal Dicembre 2003 sono stati annessi al Museo gli spazi adiacenti dell'ala Sud-Est del seminterrato del Palazzo Comunale: alla collezione archeologica, che occupa l'ala Sud-Ovest, si è aggiunto così nella nuova ala il secondo Museo Civico dedicato alla Geopaleontologia e Preistoria dei Colli Albani. Il Palazzo Comunale assieme a quello dei Conservatori e al Tempietto del Sangue delimita la piazza civica, anticamente detta” Piazza di Corte”, di impronta rinascimentale.