พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ อุบลราชธานี เดิมเป็นอาคารศาลากลางจังหวัด สร้างเมื่อ พ.ศ.2461 บนที่ดินซึ่งพระเจ้าบรมวงศ์เธอกรมหลวงสรรพสิทธิ์ประสงค์ ทรงขอมาจากทายาทของราชบุตร(สุ่ย) เพื่อใช้เป็นที่สาธารณประโยชน์ สำหรับก่อสร้างสถานที่ราชการมาตั้งแต่ครั้งรัชกาลที่ 6

อาคารเป็นตึกชั้นเดียว ก่ออิฐถือปูนยกพื้นสูง หลังคาทรงปั้นหยามุงกระเบื้องว่าว แผนผังอาคารเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหันหน้าไปทางทิศเหนือ ภายในอาคารประกอบด้วยห้องโถงใหญ่อยู่ตรงกลาง มีระเบียงทางเดินและห้องขนาดเล็กอยู่โดยรอบ เหนือกรอบประตูและหัวเสารับชายคาที่ระเบียงมีการประดับด้วยไม้ฉลุลายพันธุ์พฤกษา อาคารได้รับรางวัลอาคารอนุรักษ์ศิลปสถาปัตยกรรมดีเด่น ประจำปี พ.ศ.2532 จากสมาคมสถาปนิกสยามในพระบรมราชูปถัมภ์ และกรมศิลปากรได้ขึ้นทะเบียนและกำหนดเขตโบราณสถาน เมื่อปี พ.ศ.2544

ภายในพิพิธภัณฑ์จัดแสดงเรื่อง ภูมิศาสตร์ ธรณีวิทยา ประวัติศาสตร์ โบราณคดี วัฒนธรรมพื้นบ้าน และชาติพันธุ์วิทยา โดยแบ่งหัวข้อเรื่องเป็น 10 ห้องจัดแสดง ดังนี้

• ห้องที่ 1 ข้อมูลทั่วไปของจังหวัดอุบลราชธานี

จัดแสดงข้อมูลทั่วไปของจังหวัดอุบลราชธานี แผนที่แสดงตำแหน่งที่ตั้ง การแบ่งเขตการเมืองการปกครอง และเส้นทางคมนาคม ตราประจำจังหวัด ภาพถ่ายแหล่งท่องเที่ยว และสถานที่สำคัญทั้งทางด้านวัฒนธรรมและทางธรรมชาติ

• ห้องที่ 2 ภูมิศาสตร์ทัพยากรธรณีวิทยาภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

จัดแสดงข้อมูลการกำเนิดโลก แผนที่ลักษณะธรณีวิทยาที่ราบสูง ซากดึกดำบรรพ์ต่างๆ เรื่องราวของไดโนเสาร์ ตัวอย่างแร่และหินขนาด และการขุดพลอยในเขตจังหวัดอุบลราชธานี เป็นต้น

• ห้องที่ 3 สมัยก่อนประวัติศาสตร์

จัดแสดงข้อมูลและหลักฐานทางโบราณคดี ประกอบด้วย โบราณวัตถุสมัยก่อนประวัติศาสตร์ที่พบในเขตจังหวัดอุบลราชธานี เช่น เครื่องมือหิน กลองมโหระทึก ภาชนะดินเผารูปทรงต่างๆ เครื่องใช้และเครื่องประดับสำริด รวมทั้งอาวุธที่ทำจากสำริดและเหล็ก ที่ผนังจะมีภาพเขียนสีจำลองจากแหล่งภาพเขียนสีผาแต้ม ซึ่งเป็นแหล่งภาพเขียนสีที่สำคัญในเขตอำเภอโขงเจียม จังหวัดอุบลราชธานี

• ห้องที่ 4 วัฒนธรรมทวารวดีและวัฒนธรรมเจนละ(ขอมหรือเขมรสมัยก่อนเมืองพระนคร)

จัดแสดงโบราณวัตถุในวัฒนธรรมเจนละหรือวัฒนธรรมเขมรก่อนเมืองพระนคร และวัฒนธรรมทวารวดีอายุราว โบราณวัตถุชิ้นสำคัญที่สุด ได้แก่ อรรธนารีศวร อายุราวพุทธศตวรรษที่ 13 พบในจังหวัดอุบลราชธานี เป็นประติมากรรมที่สลักรูปพระศิวะและพระอุมาผู้เป็นชายา รวมไว้เป็นองค์เดียวกัน ซึ่งทั้งสองต่างเป็นเทพที่เคารพนับถือในศาสนาฮินดู และยังมีเสาประดับกรอบประตูศิลปะเขมร พระพุทธรูปและใบเสมาหินทราย เป็นต้น

• ห้องที่ 5 วัฒนธรรมขอมหรือเขมรสมัยเมืองพระนคร

จัดแสดงโบราณวัตถุที่ได้รับอิทธิพลเขมรสมัยเมืองพระนคร อายุราวพุทธศตวรรษที่ 15-18 เช่น พระคเณศศิลปะเขมรแบบเกาะแกร์ ทับหลังแบบกำพงพระ ทับหลังแบบปาวน ศิวลึงค์หินทราย และชิ้นส่วนประดับสถาปัตยกรรมจากโบราณสถานที่สำคัญในจังหวัดอุบลราชธานี ได้แก่ ภาพสลักเทพนพเคราะห์จากปราสาทบ้านเบญ เป็นต้น

• ห้องที่ 6 วัฒนธรรมไทย-ลาว

จัดแสดงโบราณวัตถุศิลปวัตถุ ในวัฒนธรรมไทย-ลาว ระหว่างพุทธศตวรรษที่ 23-25 โดยเน้นพระพุทธรูปปางต่าง ๆ ทั้งที่ทำจากไม้ สำริด และหินทรายลงรักปิดทอง โบราณวัตถุสำคัญ ได้แก่ พระพุทธรูปปางสมาธิ ศิลปะลาวหล่อด้วยสำริดที่ฐานมีจารึกสรุปได้ว่า เจ้าอนุวงศ์เป็นผู้ให้หล่อขึ้นเมื่อ พ.ศ.2369 เป็นพระพุทธรูปที่มีพุทธลักษณะงดงามมาก

• ห้องที่ 7 ผ้าโบราณและผ้าพื้นเมืองอุบลราชธานี

จัดแสดงโบราณวัตถุศิลปวัตถุ ประเภทผ้าทอโบราณและผ้าพื้นเมืองอุบลราชธานี เช่น ผ้านุ่งของสตรีชั้นสูง ผ้าฝ้าย และผ้าไหมทอลวดลายต่าง ๆ

• ห้องที่ 8 ดนตรีพื้นเมือง

จัดแสดงข้อมูลเกี่ยวกับดนตรีพื้นเมือง โดยทำหุ่นจำลองนักดนตรีอิสานขนาดเท่าคนจริง กำลังบรรเลงเครื่องดนตรีแบบต่างๆ ส่วนใหญ่เป็นเครื่องดนตรีที่ดัดแปลงมาจากวัสดุธรรมชาติ เครื่องดนตรีที่ใช้สายดีด เช่น พิณสอง พิณสาม เครื่องสายที่มีคันชัก เช่น ซอแบบต่างๆ เครื่องเคาะ เช่น โปงลาง หมากกั๊บแก๊บ

• ห้องที่ 9 ศิลปหัตถกรรมพื้นบ้านและเครื่องใช้ในครัวเรือน

จัดแสดงศิลปหัตถกรรมพื้นบ้าน เครื่องใช้ในครัวเรือนและเครื่องใช้พื้นบ้าน เช่น เครื่องทองเหลืองบ้านปะอาว พร้อมขั้นตอนการทำเครื่องทองเหลือง อาทิ เชี่ยนหมาก ผอบ ตะบันหมาก ขัน นอกจากนี้ยังมีเชี่ยนหมากไม้ที่เป็นเอกลักษณ์ของเชี่ยนหมากอีสาน จัดแสดงเครื่องมือจับสัตว์น้ำต่างๆ ทั้ง ลอบ ไซ แห ฯลฯ และเครื่องครัวที่ยังสามารถพบได้ในวิถีชีวิตปัจจุบัน เช่น กระติบข้าว ก่องข้าว ครก หวดนึ่งข้าวเหนียว กระต่ายขูดมะพร้าว เป็นต้น

• ห้องที่ 10 การปกครองและงานประณีตศิลป์เนื่องในพุทธศาสนา

จัดแสดงเรื่องเกี่ยวกับการปกครองเมืองอุบลราชธานี ก่อนการปฏิรูปการปกครองในสมัยรัชกาลที่ 5 มีการจัดแสดงภาพถ่ายของบุคคลสำคัญ เครื่องใช้ของเจ้าเมืองอุบลราชธานี และยังมีศิลปวัตถุที่น่าสนใจ เป็นงานประณีตศิลป์เนื่องในพุทธศาสนา ประกอบด้วยสิ่งของเครื่องใช้ที่มีผู้ศรัทธาถวายเป็นพุทธบูชาตามวัดต่างๆ ในเมืองอุบลราชธานี เช่น ธรรมาสน์ หีบพระธรรม ภาพพระบฏ ตู้พระธรรม รางสรงน้ำ กากะเยีย เชิงเทียน คัมภีร์ใบลาน เป็นต้น