Le Musée de Délos a été construit en 1904 par la «Société archéologique d'Athènes». Le bâtiment d'origine comprenait les cinq salles occidentales auxquelles plusieurs autres ont été ajoutées en 1931 ainsi qu'en 1972.
De nos jours, l'exposition du Musée comprend neuf salles: six d'entre elles comprennent les sculptures et les reliefs trouvés à Délos. Cette collection est l'une des collections archéologiques les plus importantes au monde.
Deux chambres comprennent des poteries préhistoriques et helléniques tardives. La dernière comprend une exposition de plusieurs petits objets trouvés dans les résidences privées de Délos. Cette exposition n'est pas encore finalisée.

Le musée comprend les collections suivantes:
- pierres tombales et colonnes du 7e - 1er siècle avant JC
- Navires du 3e millénaire - 1er siècle avant JC
- Figurines du 2ème - 1er siècle avant JC
- Bijoux et petits objets du 2ème - 1er siècle avant JC
- Mosaïques du IIe au Ier siècle av.

Les expositions les plus importantes sont:
- une tuile ivoire avec une représentation en relief d'un guerrier mycénien trouvé à Artemisio,
- le torse d'une statue de Kouros trouvée dans le sanctuaire d'Apollon,
- un complexe de marbre représentant Vorreas saisissant la princesse d'Attique, Oreithia et a été trouvé dans le temple des Athéniens,
- des statues de Dioskouridis et de son épouse Cléopâtre - des Athéniens qui vivaient à Délos - trouvées dans la maison du couple, dans le quartier des théâtres,
- une statue d'Apollon - le dieu repose sur le tronc d'un arbre et marche sur des boucliers gaulois - trouvée dans le quartier des théâtres,
- une façade en bronze de Dionysos barbu qui porte un diadème et une couronne de lierre et a été retrouvée au sud du marché des concurrents,
- un vase d'albâtre corinthien pour huile aromatique avec une représentation de Potnias Thira parmi deux cygnes - trouvé à Héraion,
- une statue triangulaire inscrite d'un kouro - avec tête de bélier en relief dans un coin et gorgoneia dans les deux autres - trouvée dans le sanctuaire d'Apollon,
- une statue archaïque d'un kore, qui a un voile noué autour de sa taille et est ornée à l'avant d'une bande verticale de gravure à double méandre - elle a été trouvée dans le sanctuaire d'Apollon et est considérée comme l'une des plus anciennes œuvres de grande plasticité,
- fresque du mur extérieur d'une maison située dans le quartier de Skardana, qui représente Hercule, deux combattants et une figure masculine jouant de la flûte ou de la trompette.