Η μόνιμη έκθεση στο νεοκλασικό κτήριο του Αρχαιολογικού Μουσείου Μυτιλήνης, που εγκαινιάστηκε τον Ιούλιο του 1991, περιλαμβάνει ευρήματα που χρονολογούνται από την Τελική Νεολιθική περίοδο έως την Ύστερη Ρωμαιοκρατία. Η ποικιλομορφία των εκθεμάτων και το ευρύ χρονικό διάστημα που καλύπτουν παρέχουν τη δυνατότητα στον επισκέπτη να γνωρίσει την ιστορία της Λέσβου από τη βαθιά ως την ύστερη αρχαιότητα και να κατανοήσει το πολιτιστικό γίγνεσθαι του νησιού και το ρόλο που αυτό διαδραμάτισε διαμέσου των αιώνων στο Αιγαίο και στα μικρασιατικά παράλια.

Για τις ανάγκες της έκθεσης χρησιμοποιήθηκαν όλοι οι χώροι του κτηρίου: το αρχοντικό, το υποστατικό και η αυλή. Η πορεία των επισκεπτών είναι υποχρεωτική, έτσι ώστε να προσεγγίζουν κατά ομάδες και με χρονολογική σειρά τα θεματικά σύνολα. Στις ευρύχωρες αίθουσες του ισογείου του αρχοντικού παρουσιάζονται εκθέματα προϊστορικών χρόνων: τα νεολιθικά ευρήματα από την ανασκαφή συνεργασίας με την Εφορεία Σπηλαιολογίας στο σπήλαιο του Αγίου Βαρθολομαίου, εργαλεία από τις αγροτικές περιοχές της Λέσβου, καθώς και τα σημαντικά ευρήματα από τον οικισμό της Εποχής του Χαλκού στη Θερμή, που ανασκάφηκε συστηματικά από την Αγγλική Αρχαιολογική Σχολή.

Στον πρώτο όροφο του κτηρίου εκτίθενται με χρονολογική σειρά από τον 10ο αι. π.Χ. έως τον 4ο αι. μ.Χ. αντικείμενα που τεκμηριώνουν όλη αυτή την ιστορική διαδρομή και έχουν προέλθει από τις σωστικές ανασκαφικές έρευνες της Εφορείας στη Λέσβο, από την ανασκαφή της Αγγλικής Αρχαιολογικής Σχολής στην ’ντισσα και από την ανασκαφή συνεργασίας με το Καναδικό Αρχαιολογικό Ινστιτούτο στην πόλη της Μυτιλήνης. Επίσης συμπεριλαμβάνονται εκθέματα από παραδόσεις ιδιωτών και δωρεές των συλλογών Σημαντήρη, Γρημάνη, Αλατζά, κ.ά.

Στις δύο ισόγειες αίθουσες του υποστατικού με την απλούστερη αρχιτεκτονική τοποθετήθηκαν αρχιτεκτονικά μέλη ναών, επιγραφές, αγάλματα και πορτραίτα, που μαρτυρούν τη θρησκευτική, κοινωνική και πολιτική ζωή του νησιού κατά την αρχαιότητα, ενώ στον ειδικά διαμορφωμένο υπερυψωμένο χώρο εκτίθενται επιτύμβιες στήλες και θησαυροί νομισμάτων. Την έκθεση συμπληρώνουν στην αυλή μαρμάρινα αντικείμενα, που δεν ήταν δυνατόν να στεγασθούν στα υπάρχοντα κτήρια.

Χάρτες βασισμένοι στις αρχαίες πηγές και τα ανασκαφικά δεδομένα, αποσπάσματα από αρχαίους συγγραφείς, φωτογραφίες και σχέδια των κυριότερων ευρημάτων, σε συνδυασμό με τα επεξηγηματικά κείμενα στα ελληνικά και αγγλικά και τον οδηγό του Μουσείου, εισάγουν τον επισκέπτη στο κλίμα που επιχειρεί να αποδώσει το σκεπτικό της έκθεσης.