Το Μουσείο βρίσκεται πάνω στο λόφο του Κάστρου του Πυθαγορείου, ο οποίος δεσπόζει στα δυτικά της πόλης. Στεγάζεται στον Πύργο του Λυκούργου Λογοθέτη, ένα από τα σημαντικότερα μνημεία του Πυθαγορείου, συνδεδεμένο με τη βυζαντινή και νεώτερη ιστορία του νησιού. Η μόνιμη έκθεση που οργανώθηκε στο εσωτερικό του Πύργου περιλαμβάνει αρχαιολογικά ευρήματα από τις ανασκαφές που έχουν πραγματοποιηθεί στο Κάστρο και σε άλλες βυζαντινές θέσεις και μνημεία του Πυθαγορείου (αρχιτεκτονικά μέλη, χρηστική κεραμική, μικροαντικείμενα, νομίσματα, μολυβδόβουλα κ.ά.), εποπτικό και οπτικοακουστικό υλικό (ενημερωτικά κείμενα-πινακίδες, φωτογραφίες, σχέδια, αναπαραγωγές χαρτών, χαρακτικών, εγγράφων, οθόνη αφής, αίθουσα προβολών). Οι έξι θεματικές ενότητες που περιλαμβάνει η έκθεση καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα πληροφοριών σχετικών με την ιστορία του νησιού από την ύστερη αρχαιότητα ως τον 19ο αι. Πραγματεύονται, μεταξύ άλλων, την καθημερινή ζωή κατά την Πρωτοβυζαντινή περίοδο, την ιστορία του Κάστρου και την εντύπωση που αυτό δημιουργούσε στους ξένους περιηγητές, τη δράση του Λυκούργου Λογοθέτη, τη φρουριακή αρχιτεκτονική στο Αιγαίο και στη Σάμο. Το Μουσείο εγκαινιάστηκε το καλοκαίρι του 2010.