Το Αρχαιολογικό Μουσείο Σάμου στεγάζεται σε δυο κτίρια στο κέντρο της πόλης. Στο παλιό μουσείο του 1912, το λεγόμενο «Πασχάλειον αρχαιοφυλάκειον» και στο νέο Μουσείο που κτίστηκε και εγκαινιάστηκε η λειτουργία του την δεκαετία του 1980, όπου και στεγάζεται η μεγάλη συλλογή της Αρχαϊκής γλυπτικής. Το κτίριο του σύγχρονου Μουσείου κτίστηκε με δαπάνη γνωστής αυτοκινητοβιομηχανίας.

Τα σημαντικότερα εκθέματα είναι ο κολοσσικός κούρος ύψους περίπου 5,50 μέτρων, ιωνικής τέχνης από το πρώτο τέταρτο 6ου π.χ. αιώνα, ένα μαρμάρινο άγαλμα γυναικείας μορφής με ένδυμα, ανάθημα του Χηραμύη στην Ηρα γύρω στο 570 με 560 π.X., το σύνταγμα αγαλμάτων του γλύπτη Γενέλεω από το Ηραίο που αποτελείται από τέσσερις γυναικείες και μια ανδρική των μέσων του 6ου π.χ αιώνα (μια πέμπτη γυναικεία μορφή, η «Ορνίθη» βρίσκεται στο μουσείο του Βερολίνου), ένα μαρμάρινο επιτύμβιο, ή κατ' άλλους αναθηματικό ανάγλυφο που απεικονίζεται ένας γυμνός όρθιος νέος που κρατά μια πυξίδα στο αριστερό χέρι και απλώνει το δεξί σε μία καθιστή ντυμένη μορφή με σκήπτρο (βρέθηκε στη Χώρα και χρονολογείται στον 5ο π.χ. αιώνα), ένα χάλκινο αγαλμάτιο ιππέα 20 εκατοστών με ένθετους οφθαλμούς του τέλους του 6ου π.χ. αιώνα, ένα χάλκινο προστερνίδιο αλόγου με μια παράσταση του Ηρακλή αγωνιζόμενο κατά του Τρικέφαλου σκύλου που προστάτευε τα βόδια του Γηρυόνη, ενώ κείτεται νεκρός στο έδαφος ο γίγαντας βοσκός τους και τέλος μια ξύλινη γονατιστή γυμνή γυναικεία μορφή 17 εκατοστών του 7ου π.χ. αιώνα.

Ακόμα υπάρχουν ένας πήλινος αρχαϊκός κέρνος διακοσμημένος με μικρογραφικά αγγεία και ειδώλια του 7ου π.χ. αιώνα, ένα ελεφαντοστέινο λακωνικό έξεργο ανάγλυφο 10 εκατοστών με παράσταση του Περσέα καθώς σκοτώνει τη Μέδουσα από το δεύτερο μισό του 7ου π.χ. αιώνα και ένα ελεφαντοστέινο αγαλμάτιο γονατιστού νέου χορευτή που αποτελούσε το στέλεχος λύρας με ύψος 14 εκατοστά από τον 7ο π.χ. αιώνα.