Το μουσείο, που είναι ένα από τα σημαντικότερα των Κυκλάδων, άρχισε να λειτουργεί το 1970. To 2000 ανακαινίστηκε πλήρως και δομήθηκε με σύγχρονο τρόπο για να φιλοξενήσει όλα τα σημαντικά ευρήματα από το νησί. Παράλληλα, δημιουργήθηκαν οι προϋποθέσεις για να παρουσιαστούν ευρήματα που δεν είχαν εκτεθεί ως τότε. Στεγάζει τη συλλογή των ιστορικών χρόνων (7ος αι. π.Χ. – 2ος αι. μ.Χ.) στον πρώτο όροφο. Αντιπροσωπευτικά δείγματα γλυπτικής, κεραμικής, νομισμάτων και επιγραφών της αρχαίας Κέας προσφέρουν μια εικόνα της ιστορίας του νησιού. Ιδιαίτερα αξιόλογος είναι ο γλυπτός διάκοσμος από το ναό της Αθηνάς στην Καρθαία. Στον επόμενο όροφο εκτίθενται τα εντυπωσιακά ευρήματα από το νεολιθικό οικισμό της Κεφάλας και τον οικισμό της Αγίας Ειρήνης της εποχής του Χαλκού. Εξαιρετικής σημασίας είναι τα μεγάλα πήλινα αγάλματα γυναικείων μορφών από το ναό του οικισμού της Αγίας Ειρήνης, τα οποία, εκτός από τη μοναδικότητά τους, παρουσιάζονται για πρώτη φορά στο κοινό.