L'edifici que alberga el museu arqueològic de la ciutat està ubicat en 2 estances conegudes com a "Palau del Governador". Són dels pocs vestigis que resten d'un complex palatí situat a l'interior del recinte superior del castell. Data del segle XVII i la seua arquitectura és de caràcter renaixentista. La seua construcció a la manera de mirador o galeria formava part d'una zona d'oci i esbarjo adherida al Palau Temporal dels Marquesos de Dénia. En l'actualitat encara es conserva la sala de pedra i la primera planta.

El recinte té 190 m². La seua façana principal està orientada cap a l'est, en una sala excavada en la roca. La seua restauració va finalitzar l'any 1984, després d'un llarg període de deteriorament i abandonament que va tindre el seu origen en la mateixa Guerra de Successió (1708).

El Museu presenta en les seues estances el desenvolupament de la ciutat, des dels seus primers orígens fins al segle XVIII, dividint-se en quatre àrees que corresponen a diferents èpoques de desenvolupament:

Època Ibèrica: poblament ibèric (jaciment de l'Alt de Benimaquia, etc.) i inicis de romanització.
Època romana: la ciutat de Dianium i la seua evolució.
Època musulmana: la ciutat de Daniya i la importància del Regne Taifa de Dénia.
Època cristiana: La ciutat durant els segles XIII al XVIII.

La història de Dénia i la seua arqueologia estan vinculades a l'activitat del port i al fet de tractar-se d'una ciutat fonamentalment comercial, amb els seus avinents navilis en la Mediterrània.