Il Museo è intitolato a Gaio Cilnio Mecenate e ha come sede l'ex monastero di San Bernardo, edificio pregevole che sorge sui resti dell'anfiteatro romano (metà del II secolo d.C.) le cui volte sono visibili al primo piano. Il museo si aprì nel 1823 come raccolta di "Storia naturale e Antichità" e si è accresciuto nel tempo, sia con l'acquisizione di varie raccolte, poi confluite nelle raccolte della Fraternita dei Laici, che con i notevoli apporti degli scavi ottocenteschi e recenti. Divenuto statale nel 1973, è articolato in 26 sale, ed è stato di recente completamente rinnovato.

Il piano terreno è ordinato topograficamente, mentre in quello superiore si trovano le sezioni speciali (paleontologia, preistoria, numismatica) e le singole collezioni appartenute a cittadini aretini (Bacci, Gamurrini, Funghini, Ceccatelli).

Tra i reperti più significativi della sezione etrusca, si distinguono i preziosi gioielli della necropoli di Poggio del Sole, un'imponente decorazione frontonale policroma, di notevole resa plastica con scene di combattimento, da Piazza S. Jacopo (480 a.C.), una serie di interessanti teste-ritratto e busti votivi da via della Società Operaia (II-I a.C.), nonché i reperti del grandioso santuario di Castellsecco (lastre decorative, un altare in pietra e statuette votive di bambini in fasce), un ciottolo iscritto per la divinazione e il quinipodium, un esemplare monetale di notevoli dimensioni di cui sono noti solo due esemplari al mondo.

Di risonanza universale sono inoltre il magnifico cratere attico con Amazzonomachia, capolavoro del ceramografo Euphronios (510 - 500) e la celeberrima anfora da Casalta con il ratto di Ippodamia, della scuola del pittore di Meidias (420 - 410).

La sezione romana comprende mosaici, bronzetti, sculture, iscrizioni, monumenti funerari, statue tra cui quella raffinatissima dell'imperatrice Livia e quella integra di un togato rinvenuta nel 1994 - e corredi tombali, per esempio quelli preziosi di fanciulla dalla località "Puglia" e l'altro, alto medievale, da Pionta.

Largo spazio è dedicato ai vasi aretini, denominati in passato anche "vasi corallini". Di questa ceramica, prodotta ad Arezzo tra la metà del I secolo a.C. e la metà del I d.C., che rese la città famosa nell'antichità, il museo conserva la più ricca collezione al mondo.

Degno di menzione infine tra gli oggetti preziosi il ritratto maschile in crisografia - oro su vetro - (seconda metà del III d.C.), che costituisce uno dei rari e più raffinati esempi di questa tecnica.