U proljeće 1818. car Franjo I. i njegova supruga Karolina Augusta kreću na put po Hrvatskoj i upoznaju nove krajeve koji su nakon pada Napoleona pripali austrijskoj kruni. Po dolasku u Split 12. svibnja car je bio oduševljen ostatcima Dioklecijanove palače, osobito Peristilom i mauzolejom; razgledao je i zbirke starina Carla Lanze i Vicka Solitra, zatim starine sakupljene u staroj Nadbiskupskoj palači, a vidio je i ostatke rimskih spomenika u Solinu. U carevoj pratnji je, kao antikvar Njegova Veličanstva, tada bio mladi Anton Steinbüchel, koji je u onodobnim uglednim časopisima objavio dva članka u kojima je opisao putovanje, naglasio viđene starine, donio prijepise nekih natpisa i crteže reljefa, a Salonu nazvao austrijskim Pompejima. Logična posljedica carevih zapažanja i političkih ambicija te stručnih mišljenja njegovih suradnika bilo je osnivanje Arheološkog muzeja u Splitu 22. kolovoza 1820.
Muzej u početku nije imao svoju zgradu, već su predmeti bili smješteni u iznajmljenim skladištima. Godine 1836. podignuta je s vanjske strane istočnog zida Dioklecijanove palače zgrada koja će postati glavni odjel Muzeja. Iako se broj spomenika sve više povećavao, Muzej je morao napustiti tu zgradu te je nekoliko puta mijenjao lokacije u gradu. Napokon se 1868. vratio u zgradu uz zid Palače, a s vremenom su zbog nedostatka prostora iznajmljena još četiri tzv. odjela (skladišta), jer je muzejski fond brojio tisuće predmeta. Zbog nepovoljnog smještaja, nemogućnosti primjerenog izlaganja spomenika i odgovarajuće znanstvene obrade, don Frane Bulić upro je sve svoje snage da Muzej što prije dobije novo sjedište te je godine 1891. zatražio i audijenciju kod cara Franje Josipa I. Nakon višegodišnjih peripetija oko izbora mjesta za gradnju i odobrenja odgovarajućih sredstava napokon je u ožujku 1912. započela gradnja novog Muzeja, koja je trajala do lipnja 1914. godine. Nacrte za Muzej izradili su austrijski arhitekti August Kirstein (1856. - 1939.) i Friedrich Ohmann (1858. - 1927.), koji su već imali iskustva s gradnjom muzeja. Prvi svjetski rat i događaji u Splitu neposredno nakon njega omeli su preseljenje, uređenje i otvaranje Muzeja. Tako je, bez posebne svečanosti, Muzej otvoren 1922. godine. Stara zgrada postojala je do 1928., kada je srušena.
Stalni postav u staroj zgradi nije bio pregledan. Razgledavanje i proučavanje dodatno je otežavala činjenica da su spomenici bili na još četiri mjesta u gradu. U novoj zgradi uređena je velika izložbena dvorana za manje predmete; vrt s lapidarijem bio je predviđen za kamene spomenike, dok su u podrumu bili depoi. Raspoloživi prostor zadovoljavao je potrebe Muzeja sve do šezdesetih godina 20. st., kad se počelo razmišljati o njegovu proširenju, gradnjom nove zgrade u stražnjem vrtu. To međutim nije ostvareno, a potreba za raznovrsnim popravcima dovela je do preuređenja potkrovlja u uredske prostore, uređenja dviju manjih izložbenih dvorana u prizemlju i djelomičnog uređenja depoâ u podrumu, što je završeno 1998. godine. Uza sve to, pitanje smještaja velikog broja, ponajviše kamenih, spomenika ostalo je neriješeno.
U novoj zgradi postav je uređen korištenjem suvremenih i praktičkih vitrina (koje su u donjem dijelu služile za spremanje građe). U povodu 130. obljetnice Muzeja taj je postav 1951. preuređen i osuvremenjen. Proslava 150. obljetnice Muzeja bila je prigoda da se postav zamijeni novim, po zamisli arhitekta Ante Svarčića, a otvoren je 15. listopada 1970. Sklanjanje predmeta u srpnju i kolovozu 1991., za Domovinskog rata, te nužnost suvremenijeg izlaganja spomenika doveli su do trećeg, odnosno četvrtog postava, koji je otvoren 18. prosinca 2000. Njega su osmislili arhitekt Vinko Peračić i Sandra Mateljan.
Prva istraživanja Muzej je započeo u Saloni u listopadu 1821., a njihovi rezultati bili su poticaj za nastavak iskopavanja. Godine 1838. car naređuje prekid istraživanja, no 1846. g. ona se obnavljaju, pod vodstvom Francesca Carrare, koji iskopava i u Gardunu. Nakon Carrarina odlaska s mjesta ravnatelja 1853. djelovanje Muzeja zamire do dolaska Francesca Lanze, sina prvog ravnatelja Carla Lanze, ali znatniji zamah počinje od 1872., kada upravu Muzeja preuzima Mihovil Glavinić. Istraživanja se od tada sve više šire i na područja izvan Salone, a osobito u Naroni. Godine 1884. ravnatelj Muzeja postaje don Frane Bulić. Njegovom zaslugom istraživanje Salone doživljava zlatno doba, a Muzej se usmjerava i na istraživanje mnogih drugih dalmatinskih lokaliteta.
Terenski rad Muzeja bio je bogat i raznolik, s usponima i padovima uzrokovanim svjetskim ratovima i gospodarskim krizama. Do sredine 20. st. Muzej je istraživao sve važnije salonitanske lokalitete: Manastirine, Marusinac, episkopalni kompleks, Kapljuč, teatar, forum, amfiteatar, hortus Metrodori itd. Zahvaljujući tim istraživanjima pojavila su se tri sveska znamenitih Forschungen in Salona (I/1917., II/1926., III/1939.) i dva sveska Recherches à Salone (I/1928., II/1933.). U drugoj polovini stoljeća nastavljeni su radovi u Saloni, od kojih se po obujmu ističu oni vođeni 1969. - 1972. u suradnji sa Smithsonian Institution (Washington), i istraživanje trase splitske obilaznice 1986. - 1987., oko koje se digla velika povika na razini cijele Hrvatske. Od istraživanja u Visu istaknut ćemo rad na grčko-rimskim nekropolama na Martvilu (1926., 1976., 1979., 1980.) i Vlaškoj njivi (1983.). U Naroni su izuzetnim rezultatima bila popraćena istraživanja Augusteuma 1995. i 1996., a na Palagruži (Diomedovu otoku) iskopavanja se provode od 1992. godine, u nekoliko kampanja. Muzej je sudjelovao u istraživanju srednjovjekovnih crkava na Gospinu otoku u Solinu 1972. i istraživanju jugoistočnog dijela Dioklecijanove palače 1992. godine.
Osobito su bila značajna istraživanja prapovijesnih lokaliteta: sojeničkog naselja Dugiš (Otok) kod Sinja 1955. i 1956., pećine Škarin samograd u Mirlović Zagori 1958. - 1960., gomilâ oko vrela Cetine 1953., 1954. i 1958., oko Bogomolja na Hvaru 1981. i oko Vida 1977. godine. Iz područja podvodne arheologije istraženi su brodolomi na rtu Sv. Ivan kod Vignja 1971. i 1972. te u uvali Vela Svitnja na Visu 1972., 1973. i 1977. godine. Što se tiče ostalih lokaliteta u Dalmaciji koji su istraživani ili s kojih su nalazi bili predmetom obrade kustosâ Muzeja, njih je bilo veoma mnogo.
Od samog osnivanja rad Muzeja bio je ponajprije usredotočen na antičku Salonu pa je zato na tamošnjim Manastirinama Bulić 1898. podigao osebujnu kuću, Tusculum, za boravak na terenu i odmor posjetitelja. Ta je zgrada postala muzejskom depandansom u kojoj stalno boravi čuvar i radi nekoliko stručnih djelatnika, a u njezinu prizemlju je 1984. uređena Bulićeva spomen-soba. Ta je prostorija 2008. obnovljena, vraćen joj je nekadašnji oslik, a dio posvećen Buliću preuređen je. Intenzivna djelatnost Muzeja u Isi i Naroni dovela je do osnivanja područnih zbirki; zbirka u Vidu prerasla je u samostalan muzej, koji je otvoren 18. svibnja 2007.
Muzejske arheološke zbirke nastale su ponajprije zahvaljujući istraživanjima koja je Muzej vodio, ali i otkupom spomenika od privatnika. Pritom je bilo i komičnih situacija: seljaci su sarkofage prodavali po zapremini, jer su se njima služili kao kamenicama, a ako su sarkofazi imali natpis, slova su se plaćala po veličini! Bilo je slučajeva kad su Buliću htjeli prodati natpise na neviđeno, jer se bio proširio glas da on nauči natpis napamet, objavi ga i onda ga više ne želi kupiti. U prvoj polovini 20. st. Muzej je otkupio nekoliko bogatih zbirki: 1926. - 1927. zbirku starina Ante Lukanovića iz Šibenika, 1927. zbirku kasnogrčke keramike obitelji Lučić - Roki iz Visa i zbirku gema Roberta Grafa (prethodno S. Meneghelli iz Zadra), 1929. i 1930. razne antičke predmete iz Aserije od Miće Novakovića, 1939. prapovijesne predmete iz Otišića od Drage Stojsavljevića, numizmatičke zbirke Karla Stockerta iz Beča 1926. - 1927., Jerolima Machieda iz Hvara 1934. (od Remigija Bučića) i obitelji Kalogjera iz Blata na Korčuli 1936. - 1937. godine. Muzej je između dva svjetska rata pokušao otkupiti zbirku starina viške obitelji Dojmi, ali su pregovori propali. Godine 1944. ona je nađena poharana i njezini su ostaci predani Muzeju. U drugoj polovini 20. st. i početkom 21. st. nastavljeno je otkupljivanje većih i manjih cjelina te pojedinačnih važnih predmeta.
Godine 2020. Muzej ima nekoliko desetaka tisuća raznih arheoloških predmeta, koji su raspoređeni u sljedećim zbirkama: Pretpovijesna, Grčko-helenistička, Rimsko-provincijalna, Kasnoantička, Srednjovjekovna, Numizmatička i Epigrafička zbirka; zatim Zbirka podvodne arheologije, Priručna zbirka i lokalitet Salona, Priručna zbirka i lokalitet Issa, Zbirka umjetnina i predmeta umjetničkog obrta, Zbirka novovjekih spomenika i Zbirka spomenika modernog doba.
Zamjetno je da je u vrijeme uprave Mihovila Abramića (1926. - 1949.) omjer spomenika nabavljenih putem otkupa veći u odnosu na one dobivene iskopavanjima. Dapače, može se reći da je arheologija „dolazila“ k njemu, a ne da je on „odlazio“ po nju. Istodobno, uočljivo je njegovo zanemarivanje vođenja inventarnih knjiga, što se i danas osjeća kao nedostatak, jer za dio spomenika nema osnovnih podataka o mjestu i načinu njihove nabave. Taj muzeološki propust počeo se popravljati nakon njegova odlaska.
Bulićeva snažna osobnost utisnula je neizbrisiv pečat u povijest Muzeja. U muzeološkom smislu najvažnije je njegovo sustavno popisivanje cjelokupnog fonda, uključujući i onaj knjižni; u tu svrhu Bulić je otvorio 13 kataloga podijeljenih po vrsti materijala. Bulić je bio jedna od središnjih ličnosti onodobnog Splita. Bio je ravnatelj Klasične gimnazije i profesor, konzervator, predsjednik društva Bihać, član, tajnik ili predsjednik različitih odbora i komisija, sudjelovao je u političkom životu, dočekivao mnoge uglednike. Iz zemlje i inozemstva neprekidno mu stižu pisma u kojima ga se moli za podatke i pomoć. Buliću, međutim, ništa nije bilo teško, te stiže gotovo sve. Stoga je s pravom za njega kazano: vršio je svagda zadaću jedne čitave Akademije.
Izlaganjem građe i održavanjem spomenika na terenu Muzej je stalno obavljao prosvjetnu i kulturološku misiju. Njegove dvorane i solinske iskopine posjećivali su mnogi znanstvenici, umjetnici, okrunjene glave, političari, crkveni velikodostojnici, ali i đaci, studenti i obični građani. O tome svjedoče njihovi potpisi u knjigama posjetitelja, među kojima su i oni cara Franje Josipa I., nadvojvode Franza Ferdinanda sa suprugom, bivše francuske carice Eugenije, biskupa Josipa Jurja Strossmayera, Ivana Meštrovića, Georga Bernarda Shawa, Ante Trumbića, Sigmunda Freuda, Arthura Evansa, predsjednika Josipa Broza Tita i danske kraljice Margarete.
Broj zaposlenika u Muzeju rastao je veoma sporo, a mjesto ravnatelja nije bilo plaćeno sve do Abramićeva vremena. Početak 20. stoljeća Muzej je dočekao samo sa dva djelatnika: poslužnikom u Splitu (Jakov Kalaš) i privremenim čuvarom iskopina u Solinu (Ante Žižić, od 1898., stalno zaposlen od 1905.). Privremenog, a potom stalnog muzejskog asistenta Muzej je dobio 1905. godine (Ivan Znidarčić). Bulić, iako je bio ravnatelj, nije imao plaću, jer je od 1896. primao mirovinu nakon što je smijenjen s mjesta ravnatelja Gimnazije. On je stalno nastojao dobiti još nekog tko će mu pomagati, kako za izradu dokumentacije i restauriranje spomenika, tako i za stručni, arheološki rad. Tek 1920. uspjet će dobiti Mihovila Abramića, kao svog zamjenika, a 1923. Antuna Grgina, kao kustosa, kog će 1936. naslijediti Cvito Fisković. Broj arheologa postupno se povećavao nakon Drugoga svjetskog rata, a osobito u zadnja dva desetljeća 20. st. Muzej danas, 2020. godine, ima 10 kustosa. Isto je s restauratorima i crtačima: 1926. zaposlen je prvi preparator (Ante Ercegović), 1945. klesar, 1948. laborant, tj. fotograf (Dragutin Stühler), 1988. arhitekt itd. Danas u Konzervatorsko-restauratorskom odjelu radi 8 djelatnika. Brigu o Knjižnici u početku je vodio Bulić, a poslije katalogiziranje preuzima pomoćno osoblje Muzeja, odnosno jedan od kustosa. Stručnog knjižničara Muzej je dobio tek 1950. godine (Neda Anzulović), a još jedan knjižničar bit će primljen 1993. godine.
Splitski se Muzej može podičiti činjenicom da su među njegovim kustosima i ravnateljima bili članovi akademija, sveučilišni profesori i dobitnici odličja, kako naših tako i stranih, te da je dao značajan doprinos radu Hrvatskog arheološkog društva. To je postignuto zahvaljujući bogatom muzejskom fondu i poticajnoj atmosferi utemeljenoj na ugledu i tradiciji.
Kad je riječ o radu Arheološkog muzeja, treba spomenuti njegovu vezu s Konzervatorskim uredom i Bihaćem, društvom za istraživanje domaće povijesti u Splitu. Od 1856. u Dalmaciji djeluju konzervatori koje je imenovalo bečko Središnje povjerenstvo za istraživanje i održavanje umjetničkih i povijesnih spomenika. Za područje Splita tu dužnost od 1883. obavlja Bulić, koji je nakon osnivanja Pokrajinskog konservatorijalnog ureda za Dalmaciju 1913. postavljen na njegovo čelo, a 1919. njemu će se pridružiti Ljubo Karaman. Ured je svoje sjedište imao u Muzeju i ta će svojevrsna unija trajati do 1945., kada se potpuno osamostalio. Osim Konzervatorskog ureda u Muzeju je sjedište imalo i društvo Bihać, osnovano 1894., čiji je doživotni predsjednik bio Bulić; društvo je u Muzeju izložilo i stalnu zbirku svojih spomenika. Budući da je rad Bihaća zamro početkom Drugoga svjetskog rata, razvila se polemika oko njegove građe između Arheološkog muzeja i Muzeja hrvatskih arheoloških spomenika, koja je završila predajom najvećeg dijela Bihaćeve zbirke Muzeju hrvatskih arheoloških spomenika između 1953. i 1957. godine.
Sve do 1910., kad je osnovan Etnografski muzej, u Splitu nije bilo druge muzejsko-galerijske ustanove osim Arheološkog muzeja, pa su u njemu sabirana i ona svjedočanstva naše prošlosti koja mu inače po tematici ne bi pripadala. To treba zahvaliti u prvom redu maru njegovih ravnatelja, koji su bili zainteresirani ne samo za arheologiju nego i za povijest, stare i rijetke knjige, karte, arhivalije, umjetnine... Među onima starijim svakako se ističu otac i sin Carlo i Francesco Lanza, koji su i sami imali svoje zbirke, vrijedni i svestrani Francesco Carrara i, naravno, Frane Bulić. Zahvaljujući takvom pristupu baštini, u Muzeju je prikupljena cijela mala pinakoteka, u kojoj je najstarije djelo triptih Bogorodice s Djetetom i svecima Majstora Lenjingradskog diptiha (oko 1325.). Slijede umjetnine iz svih razdoblja, sve do 20. st., među kojima su i djela Jacobella del Fiorea, Angela Bizamana, Emanuela Vidovića i Vlahe Bukovca.
Za razliku od te zbirke koja je najvećim dijelom ostala u Muzeju, mnogi predmeti i spomenici koji se vremenski i tematski ne uklapaju u Arheološki muzej ustupljeni su nakon Drugoga svjetskog rata drugim ustanovama, ponajviše Muzeju grada Splita i Etnografskom muzeju, a zatim Pomorskom muzeju u Splitu i Zavičajnom muzeju u Perastu.
Posebnu cjelinu u Muzeju čini njegova bogata Knjižnica, osnovana 1845. godine. U početku su knjige nabavljane isključivo kupovinom i darivanjima, a poslije i zamjenom za muzejsko glasilo Bullettino di archeologia e storia dalmata. Tijekom vremena u Knjižnicu su pristizale knjige s raznih strana, od Amerike do Kine. Danas ona posjeduje oko 60.000 svezaka, među kojima je posebno vrijedna Dalmatica te nizovi raznih časopisa. Od starih i rijetkih knjiga spomenut ćemo 8 inkunabula i oko 170 knjiga iz 16. st., proglase, stare zemljopisne karte i grafičku zbirku. U sklopu Knjižnice je i arhivska zbirka važna za povijest Dalmacije, unutar koje su ostavštine don Frane Bulića, Mihovila Abramića, Luke Jelića, Francesca Carrare, Julija Bajamontija i obitelji Pavlović-Lučić.
Godine 1878. Mihovil Glavinić i Josip Alačević pokrenuli su muzejski časopis Bullettino di archeologia e storia dalmata, koji je 1920. promijenio naziv u Vjesnik za arheologiju i historiju dalmatinsku. Na stranicama Bullettina/Vjesnika objavljivani su tekstovi koji su se odnosili na prostor od sjeverne Dalmacije do Boke kotorske i na razdoblje od prapovijesti do 19. stoljeća. Pritom Vjesnik nije bio ograničen samo na arheologiju i povijest nego su u njemu svoje mjesto našli radovi iz povijesti umjetnosti, zaštite spomenika, restauratorstva, povijesti književnosti itd.
Izuzmu li se publikacije tiskane u povodu I. Međunarodnog kongresa za starokršćansku arheologiju 1894., izdavačka djelatnost Muzeja bila je sve do 1973. vezana isključivo uz njegov Bullettino, odnosno Vjesnik. Tada izlazi opširan vodič po Muzeju na hrvatskom i engleskom, a 1974. knjiga N. Cambija o starokršćanskoj bazilici u Stobreču. Slijede razni katalozi izložaba i knjige, od kojih se ističu, kao rezultat višegodišnje suradnje s francuskim arheolozima, četiri knjige iz niza Salona (I/1994., II/1995., III/2000., IV/2010.), u nakladi École française u Rimu, zatim trosveščani Radovi XIII. Međunarodnog kongresa za starokršćansku arheologiju 1998. i Corpus inscriptionum Naronitanarum I. 1999. godine. Posebnu cjelinu tvori niz Katalozi i monografije pokrenut 2008. godine.
Zbog specifičnih prostornih uvjeta, tj. nepostojanja dvorane za povremene izložbe, Muzej sve do polovine 20. st. nije priređivao izložbe u svojem prostoru, nego je eksponate ili njihove kopije posuđivao i tako sudjelovao u raznim kulturnim manifestacijama. Od onih starijih treba spomenuti Arheološku izložbu u Beču 1893., Austrijsku izložbu u Londonu 1906. i Arheološku izložbu u sklopu Međunarodne izložbe u Rimu 1911. godine. Prvu samostalnu izložbu Muzej je priredio 1959. u podrumima Dioklecijanove palače i tom je prigodom izložio 25 antičkih skulptura; nakon toga 1965. slijedi izložba Portretna umjetnost Salone. Zadnja dva desetljeća 20. st. i početak 21. st. donose svojevrstan uspon i izložbe se nižu jedna za drugom. Neke od njih gostovale se u drugim gradovima, pa i u inozemstvu, a ovisno o mogućnostima izložbe su bile popraćene katalozima, od jednostavnih preklopnica do monografskih knjiga.
Nakon što je 1894. organizirao I. Međunarodni kongres za starokršćansku arheologiju, sljedeći skup Muzej je priredio tek 1970., pod nazivom Disputationes Salonitanae. Uslijedila su još tri skupa pod istim nazivom, 1979. (u povodu 100. obljetnice Vjesnika), 1984. (posvećen Buliću) i 1992. (posvećen starohrvatskom Solinu) te XIII. Međunarodni kongres za starokršćansku arheologiju, koji je održan 1994. u Splitu i Poreču. Radovi Disputationes II., III. i IV. tiskani su u Vjesnicima (77/1984., 79/1986., 85/1992.), dok su radovi prvog skupa i XIII. Kongresa objavljeni kao samostalne knjige (1993. i 1998.).
Osobit način komuniciranja Muzeja s javnošću su Događanja muzeja, od kojih je prvo održano 1978., a peto 1998. godine. To su kombinacije predstave, stručnih predavanja, glazbe, izlaganja spomenika te predstavljanja Muzeja. Događanje IV. godine 1996. bilo je pak u cijelosti posvećeno antičkim frizurama u vidu photo-sessiona i izložbe.
Muzej je bio pokretač izrade spomenika don Frani Buliću akademskog kipara Kažimira Hraste, koji je otkriven u Solinu 1992., a kao zanimljivost dodajemo da je 1984. u Muzeju dijelom snimljen dugometražni film Kuća na pijesku režisera Ivana Martinca.
Prateći suvremene muzeološke tokove, Muzej se nastoji što više približiti širokoj publici, priređivanjem radionica za djecu i mlade, izdavanjem njima prilagođenog muzejskog vodiča te prisutnošću na internetu preko Facebook stranice.
Za uspješan rad Muzej je dobio niz priznanja.
Ravnatelji Muzeja