Το Αρχαιολογικό Μουσείο Λαμίας στεγάζεται στον 1ο όροφο του Στρατώνα που βρίσκεται στον αρχαιολογικό χώρο του κάστρου Λαμίας. Ο στρατώνας, εντός των τειχών του κάστρου, κτίστηκε στην κορυφή του απόκρυμνου λόφου, ο οποίος λειτουργούσε ως ακρόπολη της αρχαίας πόλης. Ο λόφος, ο οποίος τειχίστηκε ήδη από τον 5ο αι. π.Χ., συνέχισε να παίζει σημαντικό ρόλο έως και την εποχή του Όθωνα.

Το κτήριο των στρατώνων κατασκευάστηκε την εποχή του Όθωνα και χρησιμοποιήθηκε για στρατιωτικούς λόγους μέχρι το Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο. Το 1871 το κτίσμα καταστράφηκε από έκρηξη στην πυριτιδαποθήκη. Το 1973 ο χώρος και το κτήριο του Στρατώνα παραδόθηκαν από το Υπουργείο Εθνικής ’μυνας στο Υπουργείο Πολιτισμού. Το 1984 ο Δήμος Λαμιέων ανέλαβε την επισκευή του κτηρίου για τη στέγαση του Αρχαιολογικού Μουσείου, το οποίο εγκαινιάστηκε στις 25 Σεπτεμβρίου 1994.

Το κτήριο όπου στεγάζεται το αρχαιολογικό μουσείο είναι διατηρητέο και δεν επιδέχεται επεκτάσεις, παρά μόνο επισκευές που σκοπό έχουν τη συντήρηση και την ενίσχυσή του. Έτσι, το 1998, τοποθετήθηκε μικρό σύστημα ανυψωτικού μηχανήματος για τη διευκόλυνση της πρόσβασης σε αυτό ατόμων με ειδικές ανάγκες από το ισόγειο, όπου βρίσκονται τα γραφεία της ΙΔ' Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, στον 1ο όροφο, όπου στεγάζεται η έκθεση του μουσείου.