ساختمان موزه ی هخامنشی و یا تخت جمشید به نوعی یکی از قدیم ترین بناهایی است که در ایران به موزه اختصاص یافته است. محل فعلی موزه کاخ اصلی حرمسرای خشایار شاه بوده است که مشتمل بر یک تالار اصلی با دوازده ستون، دو تالار جانبی و یک ایوان ستون دار است که روی هم رفته ساختمان موزه را تشکیل می دهند. در سال 1311 خورشیدی حفاری ها و خاک برداری هایی به دستور پرفسور هرتسفلد رئیس وقت هیئت علمی تخت جمشید در این قسمت انجام شد سپس براساس شواهد و قرائن موجود این بخش از کاخ شبیه به اصل بازسازی شد تا هم مورد استفاده ی هیئت علمی قرار بگیرد و هم محلی برای نگهداری اشیا یافت شده در تخت جمشید باشد.
مجموعه ی موزه تخت جمشید به سه قسمت پیش از تاریخ، هخامنشی و اسلامی تقسیم شده است. 1- تالار پیش از تاریخ، در این بخش انواع ظروف و مجسمه های سفالی و ابزار سنگی که از تپه های معروف پیش از تاریخ منطقه به-دست آمده که ترکیبی است از هنر، تمدن، فرهنگ، ظرافت، و دقت سازندگان آنها که اکثراً در حد فاصل بین هزاره ی چهارم تا هزاره ی اول قبل از میلاد ساخته شده اند نگهداری می شود. بر دیوار جنوبی این تالار نقش برجسته ی انسان بالداری است که از روی نقش یکی از کاخ های پاسارگارد کپی و قالب گیری شده است. در مورد این نقش نظریات گوناگونی اظهار شده است از جمله عده-ای آن را نقش کوروش و بر اساس روایتی ذوالقرنین بنیانگذار سلسله ی هخامنشی دانسته اند و عده ای دیگر آن را نقش مغی در حال نیایش ولی به هر حال همگی در ترکیب هنر ایران و مصر در آن متفق القولند. 2- تالار هخامنشی، در این قسمت از موزه که تالار اصلی کاخ حرمسرا را تشکیل می دهد و عمده ترین قسمت موزه به شمار می رود اشیا، ابزار و آثاری که در حین خاکبرداری از منطقه ی تخت جمشید به دست آمده اند نگهداری می شود. اهم آثار این بخش عبارتند از مهره های دوره ی هخامنشی، لوحه های گلی به خط میخی، چشم و گوش گاو ساخته شده از سنگ، پنجه و سر شیر از سنگ، مگس پران و بسیار آثار دیگر. استفاده از انواع رنگ های به کار رفته در تخت جمشید، قطعاتی از پرده های سوخته و همچنین ترجمه کتیبه ی خشایار شاه که به کتیبه ی حرم معروف است از سایر آثار جالب توجه در این بخش است. 3- تالار اسلامی در این قسمت ظروف و اشیایی که در طول حفاری شهر باستانی استخر به دست آمده و غالباً مربوط به دوره ی اسلامی است نگهداری می شود.
ظروف سفالی لعابدار مزین به خط کوفی در رنگ های بدیع مربوط به قرون سوم تا سیزدهم هجری، کوزه های سفالی بدون لعاب، انواع ظروف فلزی، ظروف شیشه ای، عطردان-های ظریف و دو لنگه در چوبی با خط کوفی مربوط به دوره ی صفویه از آثار با ارزش این بخش است.