Ha sede nello splendido palazzo Vitelleschi, costruito tra il 1436 ed il 1439 sotto il pontificato di Eugenio IV, per volontà del Cardinale Giovanni Vitelleschi. La collezione, che presenta materiali provenienti dagli scavi condotti nell'area dell'antica città etrusca e nelle vaste e ricche necropoli, ci narra della vita degli etruschi e della loro concezione dell'oltretomba secondo la quale il defunto sopravvive dopo la morte.
Notevole è una ricca collezione di sarcofagi etruschi al piano terra, a cui si aggiunge al primo piano il settore destinato alle collezioni di ceramiche greche, tra cui vari capolavori come la kylix di Oltos, il vaso di Charinos, l'anfora di Phintias ed il cratere del Pittore di Berlino. Tra i reperti più pregevoli è il famoso altorilievo dei Cavalli Alati che decorava il frontone dell'ara della Regina, divenuto ormai simbolo della città di Tarquinia nel mondo. Unica nel suo genere è una sala del secondo piano dedicata a quelle tombe dipinte le cui decorazioni pittoriche furono staccate dal loro supporto naturale negli anni '50 del XX sec. per motivi di conservazione.
Il palazzo vanta la compresenza di elementi gotici ed elementi rinascimentali, testimonianza del graduale passaggio al nuovo stile, che proprio in quegli anni si andava diffondendo. L’impronta rinascimentale è evidente nel settore sinistro, con il portale sormontato da un timpano triangolare in cui è inserito lo stemma della famiglia Vitelleschi, mentre le coppie di bifore del settore centrale e le tre trifore del settore di destra ci riportano al gotico.
Una volta superato il portone di ingresso vi ritrovate in un ampio cortile dotato di un pozzo ottogonale che risale al 1459, circondato sui due lati da un porticato con archi a sesto acuto.
La definitiva trasformazione del palazzo in museo avvenne nel 1924, quando al nucleo originario della raccolta comunale, che comprendeva molti reperti di scavo effettuati nel corso del XIX secolo nell’area di Tarquinia, si unì con la collezioni Bruschi-Falgàri ed altri contributi di famiglie nobili cittadine.