Το Αρχαιολογικό Μουσείο Λήμνου βρίσκεται στο Ρωμαίικο Γιαλό της Μύρινας και φιλοξενεί τα ευρήματα από τις ανασκαφές της τότε K΄ Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, κυρίως στη Μύρινα, και της Ιταλικής Αρχαιολογικής Σχολής Αθηνών στην Πολιόχνη, την Ηφαιστία και το Καβείριο. Επίσης, περιλαμβάνει εκθέματα από περισυλλογές από ολόκληρη τη Λήμνο, παραδόσεις-δωρεές ιδιωτικών συλλογών, καθώς και αρχαιότητες από την Ίμβρο, τις οποίες διέσωσε ο μητροπολίτης Ίμβρου Ιωακείμ λίγο πριν από τη μικρασιατική καταστροφή. H έκθεση των αρχαιοτήτων στεγάζεται σε κτήριο της εποχής της Τουρκοκρατίας, το οποίο δωρίστηκε από το Παλλημνιακό Σχολικό Ταμείο στο Δημόσιο για να στεγαστεί το Αρχαιολογικό Μουσείο Λήμνου. Η έκθεση, που εγκαινιάστηκε το Μάρτιο του 1993, σκιαγραφεί την πορεία και την εξέλιξη της Λήμνου από την τελική νεολιθική περίοδο έως τους ρωμαϊκούς χρόνους. Τα τεκμηριωμένα κείμενα, οι επεξηγηματικές πινακίδες των εκθεμάτων, οι χάρτες, τα σχεδιαγράμματα, οι φωτογραφίες και οι φωτεινές διαφάνειες βοηθούν τον επισκέπτη να κατανοήσει τη σημασία και το ρόλο του νησιού, λόγω κυρίως της γεωγραφικής του θέσης στην είσοδο των Δαρδανελλίων, στα ιστορικά γεγονότα διά μέσου των αιώνων.