Археологічний музей розміщений в колишньому палаці єпископа, закладеному ще в 15 століття як торговий будинок. На початку 15 століття місце існуючого нині будівлі займала невелика кам'яна споруда, від якої збереглися до нашого часу лише підвали. Саме вони були взяті за основу для кам'яного двоповерхового будинку, збудованого не пізніше 79 року 15 століття. У 16 столітті на північ від нього звели ще один двоповерховий будинок подібної планування, північний вхід якого прикрасив білокам'яний ренесансний портал.

В кінці 17 століття споруду було пошкоджено; під час його відновлення з заходу була проведена добудова двоповерхового об'єму, мав проїзд, прикрашений порталом, який був перенесений з будинку 16 століття. Одночасно була зведена загальна дах, яка об'єднує обидва будинки. Планування об'єднаних приміщень залишилася недоторканою.

В середині 18 століття споруда стала належати до містобудівного ансамблю з п'яти будинків, які стояли на Вірменській площі. На рубежі 18-19 ст. з'єднує споруди арка була розібрана, фасад західної сторони і внутрішнє планування будинку були видозмінені. Палац придбав вигляд кам'яного поштукатуреної двоповерхового, прямокутного в плані будинку, накритого крутий гонтовий, з перехопленням дахом. В інтер'єрі палацу були відновлені портали з білого каменю і наличник будівлі 15 століття, що володіють профілюванням і скромним орнаментом.

Експозиція Археологічного музею демонструє відтворене житло прадавньої людини, колекції старовинних знарядь праці, побутових предметів, що належали людям, що населяли Поділля з найдавніших епох. На території внутрішнього двору розміщений лапідарій.