Το μουσείο βρίσκεται εντός του αρχαιολογικού χώρου και στεγάζει εκθέματα του αρχαίου οικισμού και της νεκρόπολης της Ορθής Πέτρας. Η μόνιμη συλλογή παρουσιάζει αντικείμενα τέχνης και καθημερινής ζωής από την Προϊστορική́, Γεωμετρική, Αρχαϊκή, Κλασική, Ελληνιστική, Ρωμαϊκή και Βυζαντινή εποχή, χρησιμοποιώντας σύγχρονα εκθεσιακά και τεχνολογικά μέσα. Η πρώτη από τις τρεις αίθουσες παρουσιάζει αντικείμενα εισηγμένα από περιοχές εκτός Κρήτης, προβάλλοντας όψεις του δημόσιου και ιδιωτικού βίου στην Ελεύθερνα. Η δεύτερη αίθουσα αφορά στην θρησκευτική και λατρευτική ζωή του οικισμού, από την πρώιμη Εποχή του Σιδήρου μέχρι τη Βυζαντινή εποχή. Η τρίτη αίθουσα αναδυκνύει εντυπωσιακά κτερίσματα και ταφικές πρακτικές από τη νεκρόπολη της Ορθής Πέτρας.