È ubicato nella Rocca medievale, edificio a pianta quadrangolare con mastio e torri, innalzato dagli anconetani a meta' del XV secolo, su di una rupe tufacea con l'evidente scopo di aumentarne il potere difensivo. La raccolta di armi antiche, di provenienza collezionistica, è esposta in alcune vetrine nei locali a pianterreno della Rocca. Comprende soprattutto armi di epoca quattro-cinquecentesca relative al periodo di realizzazione e funzione primaria della Rocca. Nei vari piani del Torrione sono invece organizzati spazi per esposizioni temporanee. Una mostra a cura della Soprintendenza Archeologica per le Marche, in collaborazione con quella per la Toscana, ha come oggetto le numerose ceramiche d'uso comune e di pregio di provenienza archeologica di età alto medievale, medievale e rinascimentale, pertinenti a contesti di scavo rinvenuti nell'area urbana di Firenze. La visita al museo offre l'occasione di raggiungere il cortile, i camminamenti, le gallerie, le torri ed i vari piani della Rocca fino alla sommità del mastio dove si conserva la campana di bronzo commissionata dagli anconetani nel 1477 con l'effige della Madonna col Bambino da un lato, e dall'altro quella di San Giorgio, protettore dei militari.