Το αρχαιολογικό μουσείο στεγάζεται σε ένα πανέμορφο νεοκλασικό του 19ου αιώνα το οποίο μετατράπηκε σε μουσείο το 1985. Αναντίρρητα το εντυπωσιακότερο έκθεμα του μουσείου είναι το γύψινο αντίγραφο της Αφροδίτης της Μήλου, στην είσοδο του μουσείου,  προσφορά του μουσείου του Λούβρου, όπου βρίσκεται το διάσημο πρωτότυπο άγαλμα της θεάς. Το μουσείο περιλαμβάνει σημαντικά εκθέματα από τον προϊστορικό οικισμό της Φυλακωπής, ανάμεσά τους και η πασίγνωστη Κυρά της Φυλακωπής, από τον αρχαιολογικό χώρο στο Κλήμα, όπως επίσης και δείγματα Οψιανού φανερώνοντας τη σημασία αυτού στην ανάπτυξη του νησιού. Ωράριο λειτουργίας: 1 Απριλίου-31 Οκτωβρίου καθημερινά 09:00-16:00 εκτός Δευτέρας.