Τα ευρήματα που φιλοξενούνται στην έκθεση του Αρχαιολογικού Μουσείου Λήμνου προέρχονται από ανασκαφές στην Πολιόχνη, το Καβείριο, την Ηφαιστία και τη Μύρινα. Σε αυτά περιλαμβάνονται, μεταξύ άλλων, αγγεία, σκεύη καθημερινής χρήσης, κτερίσματα τάφων, αφιερώματα, ειδώλια, μήτρες, σφραγίδες, επιγραφικές μαρτυρίες, οστέϊνα και μετάλλινα αντικείμενα, κοσμήματα, εργαλεία και νομίσματα. Εκτός από τα εκθέματα που φιλοξενεί, το Αρχαιολογικό Μουσείο Λήμνου αποτελεί από μόνο του ένα ιστορικό μνημείο καθώς φιλοξενείται σε κτίριο του 19ου αιώνα, όταν και λειτουργούσε τότε ως τουρκικό διοικητήριο. Σε σχετικά μικρή απόσταση από το Κάστρο της Μύρινας, βρίσκεται ακριβώς δίπλα από τον προϊστορικό χώρο αποτελώντας ουσιαστικά με αυτόν έναν ενιαίο αρχαιολογικό χώρο.
