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
จัดแสดงข้อมูลทั่วไปของจังหวัดอุบลราชธานี แผนที่แสดงตำแหน่งที่ตั้ง การแบ่งเขตการเมืองการปกครอง และเส้นทางคมนาคม ตราประจำจังหวัด ภาพถ่ายแหล่งท่องเที่ยว และสถานที่สำคัญทั้งทางด้านวัฒนธรรมและทางธรรมชาติ
จัดแสดงข้อมูลการกำเนิดโลก แผนที่ลักษณะธรณีวิทยาที่ราบสูง ซากดึกดำบรรพ์ต่างๆ เรื่องราวของไดโนเสาร์ ตัวอย่างแร่และหินขนาด และการขุดพลอยในเขตจังหวัดอุบลราชธานี เป็นต้น
จัดแสดงข้อมูลและหลักฐานทางโบราณคดี ประกอบด้วย โบราณวัตถุสมัยก่อนประวัติศาสตร์ที่พบในเขตจังหวัดอุบลราชธานี เช่น เครื่องมือหิน กลองมโหระทึก ภาชนะดินเผารูปทรงต่างๆ เครื่องใช้และเครื่องประดับสำริด รวมทั้งอาวุธที่ทำจากสำริดและเหล็ก ที่ผนังจะมีภาพเขียนสีจำลองจากแหล่งภาพเขียนสีผาแต้ม ซึ่งเป็นแหล่งภาพเขียนสีที่สำคัญในเขตอำเภอโขงเจียม จังหวัดอุบลราชธานี
จัดแสดงโบราณวัตถุในวัฒนธรรมเจนละหรือวัฒนธรรมเขมรก่อนเมืองพระนคร และวัฒนธรรมทวารวดีอายุราว โบราณวัตถุชิ้นสำคัญที่สุด ได้แก่ อรรธนารีศวร อายุราวพุทธศตวรรษที่ 13 พบในจังหวัดอุบลราชธานี เป็นประติมากรรมที่สลักรูปพระศิวะและพระอุมาผู้เป็นชายา รวมไว้เป็นองค์เดียวกัน ซึ่งทั้งสองต่างเป็นเทพที่เคารพนับถือในศาสนาฮินดู และยังมีเสาประดับกรอบประตูศิลปะเขมร พระพุทธรูปและใบเสมาหินทราย เป็นต้น
จัดแสดงโบราณวัตถุที่ได้รับอิทธิพลเขมรสมัยเมืองพระนคร อายุราวพุทธศตวรรษที่ 15-18 เช่น พระคเณศศิลปะเขมรแบบเกาะแกร์ ทับหลังแบบกำพงพระ ทับหลังแบบปาวน ศิวลึงค์หินทราย และชิ้นส่วนประดับสถาปัตยกรรมจากโบราณสถานที่สำคัญในจังหวัดอุบลราชธานี ได้แก่ ภาพสลักเทพนพเคราะห์จากปราสาทบ้านเบญ เป็นต้น
จัดแสดงโบราณวัตถุศิลปวัตถุ ในวัฒนธรรมไทย-ลาว ระหว่างพุทธศตวรรษที่ 23-25 โดยเน้นพระพุทธรูปปางต่าง ๆ ทั้งที่ทำจากไม้ สำริด และหินทรายลงรักปิดทอง โบราณวัตถุสำคัญ ได้แก่ พระพุทธรูปปางสมาธิ ศิลปะลาวหล่อด้วยสำริดที่ฐานมีจารึกสรุปได้ว่า เจ้าอนุวงศ์เป็นผู้ให้หล่อขึ้นเมื่อ พ.ศ.2369 เป็นพระพุทธรูปที่มีพุทธลักษณะงดงามมาก
จัดแสดงโบราณวัตถุศิลปวัตถุ ประเภทผ้าทอโบราณและผ้าพื้นเมืองอุบลราชธานี เช่น ผ้านุ่งของสตรีชั้นสูง ผ้าฝ้าย และผ้าไหมทอลวดลายต่าง ๆ
จัดแสดงข้อมูลเกี่ยวกับดนตรีพื้นเมือง โดยทำหุ่นจำลองนักดนตรีอิสานขนาดเท่าคนจริง กำลังบรรเลงเครื่องดนตรีแบบต่างๆ ส่วนใหญ่เป็นเครื่องดนตรีที่ดัดแปลงมาจากวัสดุธรรมชาติ เครื่องดนตรีที่ใช้สายดีด เช่น พิณสอง พิณสาม เครื่องสายที่มีคันชัก เช่น ซอแบบต่างๆ เครื่องเคาะ เช่น โปงลาง หมากกั๊บแก๊บ
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
จัดแสดงเรื่องเกี่ยวกับการปกครองเมืองอุบลราชธานี ก่อนการปฏิรูปการปกครองในสมัยรัชกาลที่ 5 มีการจัดแสดงภาพถ่ายของบุคคลสำคัญ เครื่องใช้ของเจ้าเมืองอุบลราชธานี และยังมีศิลปวัตถุที่น่าสนใจ เป็นงานประณีตศิลป์เนื่องในพุทธศาสนา ประกอบด้วยสิ่งของเครื่องใช้ที่มีผู้ศรัทธาถวายเป็นพุทธบูชาตามวัดต่างๆ ในเมืองอุบลราชธานี เช่น ธรรมาสน์ หีบพระธรรม ภาพพระบฏ ตู้พระธรรม รางสรงน้ำ กากะเยีย เชิงเทียน คัมภีร์ใบลาน เป็นต้น
