Το κτήριο του Αρχαιολογικού Μουσείου Χίου, εμβαδού 5.084 τ.μ., είναι χτισμένο σε τρεις ορόφους. Με το συνδυασμό του εμφανούς σκυροδέματος (μπετόν) και των υαλοπινάκων στους τοίχους, καθώς και με την στέγη σε επίπεδο δώμα, αποτελεί αντιπροσωπευτικό δείγμα αρχιτεκτονικής της δεκαετίας του '60 στην Ελλάδα.

Στο κεντρικό κτίριο, εκτός από τις αίθουσες όπου φιλοξενούνται τα εκθέματα, υπάρχουν επίσης το φυλάκειο, ο χώρος υποδοχής των επισκεπτών, η αίθουσα του control, γραφεία, το W.C, ο χώρος του εργαστηρίου καθώς και οι αποθήκες (α' όροφος). Οι τρεις όροφοι του κεντρικού κτιρίου επικοινωνούν μεταξύ τους με ανελκυστήρα και με μαρμάρινες κλίμακες. Τα πατώματα στους εκθεσιακούς χώρους και στο μεγαλύτερο τμήμα του συγκεκριμένου κτιρίου είναι από μάρμαρο ενώ στις αποθήκες και στο χώρο του εργαστηρίου έχουμε μωσαϊκό.

Στο δεύτερο κτίριο, το οποίο βρίσκεται ανατολικά του κεντρικού, οδηγεί από την αυλή μαρμάρινη κλίμακα. Εκεί βρίσκονται το κυλικείο και δυο αίθουσες για διαλέξεις και εκπαιδευτικές δραστηριότητες αντίστοιχα. Τα πατώματα είναι μαρμάρινα.

Στον αύλειο χώρο υπάρχει μικρό αμφιθέατρο για εκδηλώσεις και εκπαιδευτικά προγράμματα. Το δάπεδο της αυλής καλύπτεται με βοτσαλωτό.

Η μόνιμη επανέκθεση, που καταλαμβάνει χώρους με εμβαδόν 1.200 τ.μ., έχει τον τίτλο "Χίος τ' έναλος πόλις Οινοπίωνος". Το κτιριολογικό πρόγραμμα προσαρμόστηκε στις απαιτήσεις της έκθεσης και στις νέες μουσειολογικές αντιλήψεις, τόσο για την παρουσίαση των πολιτισμικών αγαθών όσο και για την εξυπηρέτηση των επισκεπτών, χωρίς να θιγεί κατ'ουδένα τρόπον η αρχιτεκτονική του κτηρίου. Η έκθεση περιλαμβάνει τα αντιπροσωπευτικά δείγματα της τέχνης και της καθημερινής ζωής στο νησί από την Τελική Νεολιθική περίοδο ως και την ύστερη Ρωμαιοκρατία.

Τους εκθεσιακούς χώρους, οι οποίοι στεγάζονται σε τρεις ορόφους, αποτελούν πέντε αίθουσες για τη μόνιμη έκθεση και μία για την περιοδική. Στον πρώτο όροφο, ο οποίος περιλαμβάνει τρείς αίθουσες φιλοξενούνται: α) εκθέματα της προϊστορικής Χίου από την Τελική Νεολιθική Εποχή ως την μυκηναϊκή περίοδο β) δείγματα κοροπλαστικής και γλυπτά (αγάλματα, πορτραίτα, ανάγλυφα) από τον 8ο αι. π.χ ως και τη ρωμαϊκή περίοδο και γ) επιτύμβιες στήλες και επιγραφές. Στον δεύτερο όροφο, ο οποίος περιλαμβάνει δύο αίθουσες, φιλοξενούνται δείγματα κεραμικής και μεταλλοτεχνίας από την αρχαϊκή ως και τη ρωμαϊκή περίοδο και τα σημαντικότερα δείγματα της αρχιτεκτονικής.

Τέλος στον αύλειο χώρο του Μουσείου έγινε αναστήλωση "μακεδονικού τύπου" τάφου και τοποθετήθηκαν αρχιτεκτονικά μέλη που βρέθηκαν σποραδικά σε όλο το νησί της Χίου.

Στο Αρχαιολογικό Μουσείο Χίου πραγματοποιούνται εκπαιδευτικές δραστηριότητες, οι οποίες απευθύνονται σε μαθητές Δημοτικών σχολείων και Γυμνασίων καθώς και σεμινάρια, διαλέξεις και ομιλίες.