西汉南越王墓发现于1983年，墓室保存完好，出土一大批稀世珍宝，发掘结束，市政府决定古墓保护，并在原地辟建博物馆。

藏品以南越王墓出土的1000余件（套）文物为主，包括香港杨永德夫妇捐赠的200多件唐宋元时期的瓷枕和新石器时期的400多件彩陶。该馆的出土文物陈列，反映了2200多年前广东、广西地区的早期开发和广州城市的历史发展状况。展品中，有中国完整玉衣中最早的丝缕玉衣、中国自己烧制最早的平板蓝玻璃、南越王“文帝行玺”金印（中国最早的帝王印玺）、世界最早的丝绸印染工具以及300多件玉雕和独具地方特色的青铜器。南越王墓是中国南方最早的石构建筑，被列为全国重点文物保护单位。该馆还经常举办一些高档次的临时展览。