Το Αρχαιολογικό Μουσείο Χαλκίδας στεγάζεται σε ένα νεοκλασικό κτίριο, το οποίο ανήκει στο Δημόσιο, στην οδό Ελ. Βενιζέλου 13. Η κατασκευή του κτιρίου ολοκληρώθηκε το 1901-02, άρχισε να λειτουργεί το 1902 και αποτελεί μελέτη του αρχιτέκτονα Λυκάκη. Τη σημερινή της μορφή έλαβε η έκθεση του Μουσείου από το 1990, με την ευθύνη της τότε Εφόρου κ. Έ. Σαπουνά-Σακελλαράκη. Το πλήθος των ευρημάτων που είχαν αποκαλυφθεί στη Χαλκίδα, στην ευρύτερή της περιοχή, αλλά και σε άλλες θέσεις στo νησί αποτέλεσαν την αιτία για την ίδρυση αρχαιολογικού μουσείου στην πόλη, το οποίο θα στέγαζε αντικείμενα από όλη την Εύβοια και θα έδινε μια εικόνα της ιστορικής, πολιτικής και κοινωνικής εξέλιξης του νησιού.

Η έκθεση του Μουσείου οργανώθηκε κατά τέτοιο τρόπο, ώστε από τη μια μεριά να παρουσιάσει συνοπτικά την ιστορία του νησιού και από την άλλη να αναδείξει ιδιαίτερες θεματικές οντότητες αρχαίων μνημείων που αποδεικνύονται ιδιαίτερα διδακτικές για τον επισκέπτη. Στον προαύλιο χώρο παρουσιάζονται ταφικά μνημεία, ψηφίσματα, αρχιτεκτονικά μέλη και γλυπτά Κλασικών, Ελληνιστών και Ρωμαϊκών Χρόνων. Στις τρεις αίθουσες του Μουσείου υπάρχει μια χρονολογική ταξινόμηση των προθηκών και των εκτεθιμένων αντικειμένων που ξεκινά από την Παλαιολιθική Εποχή (γύρω στο 100000 π.Χ.) και καταλήγει στα Ρωμαϊκά χρόνια. Εποπτικό υλικό με ενημερωτικούς πίνακες και φωτογραφίες επηξηγούν καλύτερα τα ευρήματα και ενημερώνουν τους επισκέπτες για την ιστορική εξέλιξη του νησιού. Στη δεξιά αίθουσα του Μουσείου παρουσιάζονται τα ευρήματα που χρονολογούνται από την Παλαιολιθική Εποχή μέχρι και τα Γεωμετρικά Χρόνια. Στην αριστερή αίθουσα συνεχίζεται η ξενάγηση του επισκέπτη στην ιστορία του νησιού με εκθέματα από την Αρχαϊκή μέχρι και τη Ρωμαϊκή Εποχή. Η κεντρική αίθουσα είναι αφιερωμένη στη μεγάλη πλαστική Κλασικών, Ελληνιστικών και κυρίως Ρωμαϊκών Χρόνων, η οποία δίνει το στίγμα της ευβοϊκής τέχνης στον τομέα αυτό.

Το πλήθος των ευρημάτων από τη συνεχή ανασκαφική δραστηριότητα της τοπικής Εφορείας επέβαλε την αναδιοργάνωση της έκθεσης, η οποία παρουσιάστηκε στο κοινό το 1990. Μια δεκαετία νωρίτερα το κτίριο του Μουσείου χρειάστηκε να επισκευαστεί μετά τους σεισμούς του 1980-81. Επίσης, διαμορφώθηκε κατάλληλα και ο προαύλιος χώρος του με την εκμετάλλευση των δύο υποστέγων και του χώρου του πρασίνου, με σκοπό να αποσυμφορηθούν οι κυρίως αίθουσες που δεν μπορούσαν να φιλοξενήσουν άλλα ευρήματα πλέον.