Forma parte de las instalaciones de la Unidad de Servicios de la Zona Arqueológica de Cacaxtla, el museo abrió al público el 11 de marzo de 1985.

El concepto museográfico estuvo a cargo de la maestra Milena Koprivitza y del museógrafo Cándido Ramírez Vega, del Centro INAH Tlaxcala. La remodelación se llevó a cabo en 2000, bajo la dirección del arquitecto Gilberto Reyes Zepeda.

En sus dos salas permanentes resguarda y exhibe los hallazgos arqueológicos de la zona, consistentes en objetos de guerra y de la vida cotidiana, ofrendas y elementos arquitectónicos. Destacan una serie de 11 esculturas de los Señores de Cacaxtla y una urna de barro con personaje principal.

El museo alberga los materiales de las temporadas de campo que se iniciaron desde 1975 hasta el rescate arqueológico de 1998. Cuenta con 240 objetos en exhibición de la cultura olmeca-xicalanca, que habitó la región entre 200 y 850 d.C.

Los más importantes son dos urnas policromadas con representaciones de tres personajes mitológicos, además de dos ofrendas, una de las cuales estaba distribuida para formar un mascarón de Tláloc, el dios de la lluvia.

El discurso es un acercamiento a la herencia material de los olmecas-xicalancas, que fundaron la ciudad de Cacaxtla entre 600 y 900 d.C.

El acervo se compone de restos óseos, como cráneos con deformaciones; restos de utensilios de piedra y hueso, como agujas, puntas de proyectil, cuchillos y navajas; figuras de barro con representaciones humanas y otras para uso doméstico, como vasijas, ollas y fragmentos de pintura mural.