Il Museo è nel centro storico di Grosseto, in un’area che acquisì la fisionomia attuale negli anni successivi all’Unità: intorno al 1870 alcune case esistenti furono acquisite e inglobate nel nuovo fabbricato per gli Uffizi del Tribunale Civile e Correzionale e della R. Procura e Pretura.
Nel 1876 furono avviate le procedure per espropriare gli orti sul lato nord, ampliare l’edificio del tribunale e realizzare la piazza secondo un progetto urbanisticamente coerente. I lavori furono realizzati nel 1892 e diedero all’edificio l’aspetto attuale, con la facciata regolare e continua lungo la piazza. La dedica ad Alfredo Baccarini (Russi 1826-1890), direttore del Genio Civile di Grosseto fra il 1871 e il 1872 e Ministro dei Lavori Pubblici quasi ininterrottamente dal 1878 al 1883, è di quell’anno.
Nel 1974, dopo il trasferimento del tribunale in una nuova sede, il palazzo, ormai destinato ad ospitare il Museo Archeologico e il Museo Diocesano, subì una riorganizzazione interna degli spazi e una modifica dei percorsi. Il rifacimento dei pavimenti al piano terra portò alla scoperta di un pozzo precedente (sala 12) e al recupero di frammenti ceramici di XIV-XVI secolo, attualmente esposti nella sala 38.
I lavori condotti negli anni 1993-1999 hanno rispettato nel complesso la precedente distribuzione degli spazi. Le modifiche più vistose riguardano l’abbattimento delle barriere architettoniche e l’adeguamento degli spazi, dei percorsi e degli impianti alle norme attuali per la sicurezza.