El museo conserva cerca de 28,000 piezas olmecas, huastecas y totonacas, de las cuales se exponen 2,800, seleccionadas en función a dos aspectos: la significación científica documental de las piezas y sus valores plásticos. Este conjunto de objetos arqueológicos es el más importante entre los que reúnen los museos regionales del país, considerando su riqueza y las características y extraordinaria calidad de las obras.

El edificio tiene una superficie de 12,500 metros cuadrados y está ubicado dentro de un parque de cinco hectáreas de extensión. Consta de dos alas dispuestas en ángulo recto. El ala más corta abarca tres niveles, en los que se localizan los servicios al público y de operación del museo. El ala de mayores dimensiones articula 7,800 metros cuadrados de espacios de exhibición a lo largo de una luminosa galería que se extiende sin interrupción de un extremo a otro de la construcción. La galería está formada por una sucesión de 18 secciones de 12 por 12 metros cada una, que descienden escalonadamente siguiendo el declive del terreno. Paralelamente, a lo largo de la galería, se abren nueve espacios de planta cuadrada de 24 metros por lado; seis de ellos corresponden a salas de exposición, de mayor altura que la galería, y los otros tres, intercalados entre las salas, a patios con altas cubiertas pergoladas de vidrio, en los que la exhibición de obras monolíticas de gran tamaño se alterna con áreas jardinadas. La posición de estos patios en el conjunto señala los cambios de regiones culturales expuestas.

Para lograr una integración entre arquitectura y museografía, el proyecto museográfico definió la disposición de las ligas visuales y espaciales entre las salas de exposición y entre estas y los patios, la ubicación de las escalinatas entre las secciones de la galería, los diseños de los plafones, el despiece de los acabados, así como la delimitación de desniveles y áreas jardinadas en los patios. Las plataformas, bases, pedestales, vitrinas y demás elementos museográficos, se separaron de las paredes y se diseñaron con formas sobrias, empleando, según la materia de las obras expuestas, los mismos materiales de la arquitectura. Esta concepción unitaria y la serena disposición de las piezas, confiere a las exposiciones una impresión de permanencia e intemporalidad que exalta las cualidades plásticas y expresivas de las obras.