Το μουσείο της Αρχαίας Αγοράς Θεσσαλονίκης στεγάζεται στο υπόσκαφο κτίριο που κατασκευάστηκε ειδικά για τον σκοπό αυτό στο δυτικό τμήμα του αρχαιολογικού χώρου, κάτω από το επίπεδο της αρχαίας πλατείας.
Η κατασκευή του κτηρίου και η οργάνωση της έκθεσης πραγματοποιήθηκε από την ΙΣΤ΄ Εφορεία Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, με συγχρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης και του Ελληνικού Δημοσίου.
Ο αρχικός μουσειολογικός-μουσειογραφικός σχεδιασμός έγινε από την Π. Αδάμ-Βελένη, επιβλέπουσα των ανασκαφών της δεύτερης περιόδου εργασιών (1989-2009), σε συνεργασία με την Δ. Καλλιγά, επιβλέπουσα αρχιτέκτονα του έργου, τον Ν. Χατζηδάκη, αρχιτέκτονα και την Η. Ζωγράφου, συνεργάτιδα ανασκαφέα του χώρου. Στη φάση υλοποίησης της μελέτης η Π. Αδάμ-Βελένη σε συνεργασία με την Ε. Σολομών, επίκουρη καθηγήτρια Μουσειολογίας στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, τότε αρχαιολόγο-μουσειολόγο στο ΑΜΘ και με τη συμβολή του Στ. Ζαχαριάδη, αρχαιολόγου, του Α. Μυτούδη, ηλεκτρολόγου μηχανικού και της Μ. Χατζή, αρχιτέκτονα, έκαναν σημαντικές βελτιωτικές τροποποιήσεις της μουσειολογικής μελέτης και επίβλεψη της εφαρμογής της.
Στους εκθεσιακούς χώρους του μουσείου (προθάλαμο, κεντρική αίθουσα και δύο πλευρικούς διαδρόμους) παρουσιάζεται η ιστορία του συγκροτήματος της αρχαίας αγοράς αλλά και της πόλης της Θεσσαλονίκης, από τον 3ο αι. π.Χ. έως τη σύγχρονη εποχή, στο πλαίσιο ενός ιδιαίτερου συνδυασμού μουσείου χώρου και μουσείου πόλεως που αξιοποιεί εκθεσιακά το πλουσιότατο ιστορικό υλικό που σχετίζεται με τη διαχρονική αυτή γειτονιά της Θεσσαλονίκης. Αν και το σύνολο σχεδόν των κτιριακών καταλοίπων του επισκέψιμου αρχαιολογικού χώρου ανήκει στην περίοδο λειτουργίας της αγοράς ως διοικητικού κέντρου της Θεσσαλονίκης των αυτοκρατορικών χρόνων (2ος – 4ος αι. μ.Χ.), τα ευρήματα της ανασκαφικής έρευνας φωτίζουν όλες τις φάσεις της ανθρώπινης δραστηριότητας στην περιοχή, πριν και μετά την Αγορά των ρωμαϊκών χρόνων.
Η είσοδος των επισκεπτών πραγματοποιείται από την Κρυπτή Στοά, μέσω ενός ανοίγματος – «χαλάσματος» του βόρειου τοίχου της το οποίο δημιουργήθηκε από μεταγενέστερο βόθρο. Το άνοιγμα αυτό σκόπιμα δεν αποκαταστάθηκε αναστηλωτικά προκειμένου να αποτελέσει την είσοδο του Μουσείου συνδέοντας οργανικά τον αρχαιολογικό χώρο με την έκθεση.
Η έκθεση αναπτύσσεται σε τέσσερις χώρους – τον προθάλαμο, την κεντρική αίθουσα και τους δύο πλευρικούς διαδρόμους – καθένας από τους οποίους χαρακτηρίζεται από ξεχωριστή σήμανση και διακριτά αισθητικά γνωρίσματα (χρώματα, αρίθμηση, αισθητικό ύφος, κ.λπ.) διευκολύνοντας τον προσανατολισμό του επισκέπτη στους χώρους, τις ενότητες και τις χρονικές περιόδους που παρουσιάζονται.
