El Museo Palatino se encuentra en el antiguo convento de las Monjas Visitandinas, construido en 1868 sobre los restos del palacio de Domiciano. Fue aquí donde el arqueólogo Alfonso Bartoli estableció, en la década de 1930, el nuevo Antiquario Palatino. Para permitir la expansión de las excavaciones arqueológicas en curso de la colina, Bartoli demolió el edificio de estilo neogótico que el escocés Carlo Mills había construido en su cima.

En 1882 y, posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, muchos de los materiales encontrados en las numerosas excavaciones del Palatino de la segunda mitad del siglo XIX fueron transferidos al Museo delle Terme (de Diocleciano). Al final de la guerra, solo una pequeña parte de la colección regresó permanentemente al Palatino.

En los años 90 el museo sufrió una reorganización y reconstrucción con motivo del Bimilenario de Augusto, mejorando su usabilidad con instalaciones multimedia.

La distribución se divide en dos plantas.

La planta baja, con salas que conservan las estructuras originales de la domus preexistente, narra la historia de la colina desde los orígenes de Roma hasta la llegada del Principado (siglo I a.C.).

En la primera planta, entre las numerosas obras expuestas, no faltan, en la sala VI, los hallazgos de la época de Augusto, el emperador que cambió por primera vez el aspecto del Palatino y, en la sala VII, los mosaicos y pinturas preciosas de la Domus Transitoria de Nerón.