Es el museo más importante de la ciudad y se constituye como el Museo de Historia y Arqueológico de la provincia. Se halla instalado en el edificio construido al efecto según diseño del arquitecto Manuel Aníbal Álvarez en 1916, inaugurado el 18 de septiembre de 1919 por Alfonso XIII y financiado por el senador Ramón Benito Aceña sobre terrenos cedidos por el Ayuntamiento. El primer director fue el ilustre arqueólogo Blas Taracena.
El edificio tiene un pórtico de acceso adintelado sobre ocho pilares cuadrangulares. El original era de una sola planta con tres naves entre las que se abrían dos patios. En los años 80 se amplió con un cuerpo de tres plantas y en una construcción en el lateral del patio.
Los fondos que se conservan en el actual Museo proceden de la conjunción de los museos Provincial y Numantino, reuniendo actualmente un variado catálogo de piezas que atestiguan la evolución cronológica de la historia de la provincia, comenzando en el Paleolítico Inferior. Del Bronce sobresalen armas y estelas funerarias, de la Edad del Hierro están los vasos y cerámicas provenientes de castros, de la etapa celtibérica se conservan cerámicas, fíbulas, pectorales, armas y herramientas procedentes de los yacimientos de Numancia, Uxama, Tiermes y de otros de la provincia, de la etapa romana resaltan restos encontrados en villas y necrópolis y cierra el panorama de la arqueología provincial la época medieval, de la que se conservan restos arquitectónicos, cerámicos y numismáticos.
Las piezas más destacadas que se conservan son la pelvis de elephas antiquus (pelvis de elefante, Ambrona 400.000 b.p), el vaso de los guerreros y el vaso de los toros (Numancia S. I a.C.), la escultura del Dios Saturno (Ríoseco de Soria S.I), la patena litúrgica (Osma, segunda mitad S. VII), la placa de Villalba (17.000 b.p), la falera (Fuentestrún, finales del S. IV), la estatua-menhir (Villar del Ala, 850 a.C), fíbulas celtibéricas variadas, entre las que destacan las del “caballito”, convertido en símbolo de la ciudad y la dovela clave con crismón (cerro del Castillo, Soria, S. XII-XIII).
El mejor complemento a este museo es la visita al resto de los que desde el mismo se gestionan como el Monasterio de San Juan de Duero (sección medieval), la Ermita de San Baudelio y los yacimientos-museos de Numancia, Ambrona y Tiermes.