Il Museo è ospitato nel monumentale castello dei Farnese che domina il centro storico di Valentano. La nobile famiglia prese possesso del castello nel 1354, al tempo del cardinale Albornoz, e vi soggiornò fino alla seconda metà del 1400, allorchè si realizzò il cortile d'amore per le nozze di Angelo Farnese con Lella Orsini di Pitigliano (1488). Altre trasformazioni avvennero al tempo del matrimonio di Pier Luigi Famese con Gerolama Orsini nel 1519, ad opera di Antonio da Sangallo il Giovane. I Farnese tennero il castello sino al 1649, anno della distruzione della capitare del Ducato di Castro.
 

  Il monumento, adibito a Monastero delle Suore Domenicane dal 1730al 1930 (è rimasta una splendida "Scala Santa" affrescata), dopo varie destinazioni ed un laborioso lavoro di recupero, nel 1996 è divenuto sede del museo civico, articolato in tre sezioni principali: Preistoria e Protostoria, Periodo etrusco, Medioevo e Rinascimento.
Nella prima sezione sono esposti manufatti dell' Alto Lazio risalenti ad un' epoca compresa tra il Paleolitico inferiore e l' età del Ferro. L' età del Bronzo è rappresentata dall'importante nucleo di reperti recuperati negli insediamenti palafitticoli del lago di Mezzano: contenitori ceramici, spade ed asce in bronzo, strumenti litici e lignei. 
 

  Nella sezione dedicata agli Etruschi è esposta la Collezione D' Ascenzi, costituita da pregevoli ceramiche d'impasto, di bucchero e figurate. Infine nella terza sezione si può ammirare la ricchissima raccolta di maioliche rinvenute nei "butti" del castello, tra cui si segnala il corredo matrimoniale di Pier Luigi e Gerolama Orsini.
Al termine della visita ai reperti del museo è possibile accedere, tramite una lunga scalinata, alla sommità della torre ottagonale e godere di un panorama mozzafiato sul lago di Bolsena e sulla Maremma laziale fino al mare.