Το μουσείο στεγάζεται σε δύο κτήρια: το κεντρικό κτίριο με δώδεκα αίθουσες (οργανώνεται θεματικά και χρονολογικά: προϊστορικά, γεωμετρικά και αρχαϊκά, αρχαϊκή και κλασική κεραμική, μνημειακή γλυπτική σε τερακότα, αετώματα και μετόπες του ναού του Διός, η «Νίκη του Παιωνίου» Νίκη, το εργαστήριο του Φειδία, ο Ερμής του Πραξιτέλη, αγάλματα ελληνιστικής, ρωμαϊκής εποχής καθώς και των τελευταίων χρόνων ζωής του ιερού και μια πτέρυγα με υπηρεσίες για τους επισκέπτες ) και λίγο πιο μακριά, το έτερο κτίριο, το πωλητήριο του μουσείου (μικροαντικείμενα και βιβλία), ανάμεσα στο μουσείο και στον αρχαιολογικό χώρο, στα μισά του δρόμου που οδηγεί στον αρχαιολογικό χώρο.