Créé par décret impérial en mars 1862, le musée a été inauguré en mai 1867. Napoléon III souhaitait y réunir les vestiges archéologiques de l’histoire du pays. Il s’est d’abord appelé musée des Antiquités gallo-romaines, puis a changé plusieurs fois de nom, avant de recevoir en 2009 son nom actuel, qui réunit en un seul domaine national le musée, le château et ses jardins.
Ses collections sont parmi les plus riches d’Europe en archéologie nationale. Environ 30 000 objets sont présentés au public, et près de trois millions dorment en réserve. Elles s’étendent du Paléolithique et du Néolithique à l’âge du bronze puis à celui du fer, avant la Gaule romaine et la Gaule mérovingienne. Un parcours chronologique permet de suivre l’évolution des outils, des parures, des armes et des croyances.
Une partie des collections sort du cadre de la France : une salle d’archéologie comparée, dans l’ex-salle de bal du château, présente des objets des cinq continents. Le château lui-même, restauré au XIXe siècle par Eugène Millet, élève de Viollet-le-Duc, est un spectacle à part entière. On vient ici pour la richesse des objets autant que pour le cadre, et l’on comprend vite pourquoi ce château a été choisi pour les abriter.