L'istituzione, che annovera importantissime collezioni archeologiche provenienti in parte dagli scavi condotti dopo il 1870 e in parte dall'ex Museo Kircheriano, ha quattro diverse sedi: al complesso delle Terme di Diocleziano, che comprende l'Aula Ottagona, si affiancano palazzo Altemps, dove sono visibili le collezioni rinascimentali di scultura tra cui la celebre collezione Ludovisi, il palazzo Massimo alle Terme, che accoglie il nucleo centrale delle raccolte, e la Crypta Balbi in via delle Botteghe Oscure.
Nel tardo-ottocentesco palazzo Maissimo alle Terme, le cinque sezioni di visita illustrano altrettanti aspetti della cultura artistica di Roma tra il sec. I a.C. e il tardo impero.
Il momento di passaggio tra la tarda repubblica e l'età di Augusto è analizzato attraverso una serie di ritratti (notevole la statua di Augusto dalla via Labicana), che documentano il cambio del gusto nella raffigurazione dei personaggi con una sempre maggiore attenzione ai canoni del mondo greco ellenistico.
Da questa area proviene anche la Niobide degli orti Sallustiani, originale del v a.C. La produzione scultorea tra i sec. I e V illustra il fenomeno delle copie di opere greche pensate in funzione decorativa sia per i complessi imperiali (la fanciulla di Anzio e l Efebo di Subiaco per le ville di Nerone; l'Afrodite accovacciata e il Dioniso per villa Adriana a Tivoli), sia per edifici pubblici (discobolo Lancellotti, discobolo di Castel Porziano, Apollo del Tevere e Apollo Chigi), al quale si affiancano la ritrattistica ufficiale, interessanti sarcofagi (sarcofago di Portonaccio, seconda metà sec. II; sarcofago di Acilia, seconda metà III) e le cosiddette navi di Nemi, decorazioni in bronzo di piattaforme galleggianti ancorate davanti alla villa di Caligola.
La pittura e il mosaico tra il sec. I a.C. e la fine dell'impero parte dagli affreschi della villa "ad Gallinas Albas" scoperti nel 1863 e datati alla fine del sec I a.C., e prosegue cronologicamente attraverso gli affreschi della villa della Farnesina, provenienti, assieme agli splendidi stucchi, da un complesso di età augustea affacciato sul Tevere.
La sezione numismatica analizza la moneta in stretto rapporto con l'economia di Roma,cercando di individuarne le principali correnti di scambio e di studiarne i motivi di crisi e difficoltà; il settore dell'oreficeria documenta il lusso romano attraverso i gioielli, alcuni dei quali furono trovati attorno alla mummia di Grottarossa.

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