馆址在咸阳市中山街中段明代孔庙内，是以收藏和展览秦汉历史文物为主的综合性历史博物馆。1960年筹建，1962年建成开放。馆藏文物珍品1．2万余件，展室面积约1600平方米。
    孔庙修建于明洪武四年(1 371年)。原有大殿5架、两厢各7架，戟门5架，前有杜星门。戟门里有金水池，上架金水桥，再后有金声、玉振2门，分列左右，对称布局。到1949年，仅存大殿4架，中厢房12间。现戟门是1964年拆迁周四王庙牌楼重建而成，四柱三孔式，斗拱重叠，油漆彩绘，上为歇山工琉璃层顶。1980年以后，国家拨款修葺彩绘大殿及庑房，新建小牌坊佛亭、三千兵马俑陈列室等。
馆藏文物以秦汉历史文物陈列为主。共分5个展室。第一、二、三展室主要展出秦孝公至秦始皇时期的各种文物，有反映商鞅变法后生产力发展的铁铧、铁锄、铁铲等铁质生产工具，有秦进行统一战争的戈、矛、剑、戟等铜兵器，秦统一度量衡的秦诏版、铜权、铜量和带有计量铭文的安邑下官锺、私官鼎、三斗锺等器物，还有各种陶器、丝织品和错金银灯座、夔龙纹镜及提梁壶等铜器，其中修武府温杯反映了秦统一文字为小篆的事实。同时，集中展出秦咸阳宫殿遗址出土的建筑材料和其他遗物，反映了秦都咸阳宫殿建筑的宏大规模和繁荣盛况。第四展室主要是西汉文物，展品有铁铧、铁锄、铁镰等生产工具，陶粮仓及各种陶动物模型等随葬品，瓦当、陶水管道及空心砖等建筑材料，金、银、玉器及汉“半两’’钱石范、铜范与汉“半两”钱、“五铢”钱等。多出土于西汉帝陵附近，充分显示了西汉时期高度发展的物质文明。第五展室是杨家湾汉墓兵马俑陈列室，按10个俑坑的出土顺序，展出彩绘陶俑、陶骑马俑近3000个，为研究中国西汉初期军事编制、陶塑艺术、埋葬制度及人物服饰等，提供了重要的文物资料。
秦诏版1961年咸阳长陵火车站北沙坑出土。铜质，长10厘米，宽6．5厘米，厚O．2厘米，正面刻秦始皇为统一天下度量衡而发布的诏令，文日：“廿六年，皇帝尽并兼天下，诸侯、黔首大安，立号为皇帝。乃召丞相状、绾：法度量则不壹，歉疑者，皆明壹之。"
   杨家湾汉墓出土兵马俑1965年8月，正阳乡杨家湾村农民平整土地时发现，陕西省文管会和咸阳博物馆联合进行清理发掘。这是中国最早发现的大规模兵马俑群。共发现埋放陶俑的土坑10个和埋放车辆的砖坑1个，出土骑兵俑583件，步兵俑1965件，盾牌模型1000多件，此外，还出土了一些铜镞、弩机、车马饰及蚌、骨、陶漱等器具。
陶俑的土坑分东西两列，每列五坑，两两相对。从考古发掘成果看，当时修建土坑先从地面向下挖一南北向的竖井，然后分别向东或向西挖洞，东列最南边的一个竖井和西列最南边的两个竖井各挖成双洞，所以，lO个土坑就有13个土洞。土洞最大的面积5米×2米，最小的为1．3米×1．65米。各洞埋放陶俑最多的达300多件，最少的有100多件。陶俑都排成整齐的行列，组成13个方队，北边6个为骑兵方队，南边7个为步兵方队，步兵一般都手执长兵器和盾牌，骑兵则手握缰绳和兵器，胯下坐骑双耳直竖，双目圆睁，似临大敌。
骑兵分甲骑和轻骑两类。甲骑除自身组成4个方队外，还与轻骑合成1个方队。甲骑的骑士和马匹形体比较高大(通高68厘米)，骑士大多数身着铠甲，左手握缰，右手持兵器。轻骑的骑士和马匹形体比较矮小(通高50厘米)，骑士不披铠甲，背负箭囊，手执弓弩。步兵陶俑的面部形象和服饰装备并不尽相同，可明显分为两个部分，一部分头戴小帽，通高48．5厘米，面部与中原普通人相同；另一部分头戴椎髻，颧骨高大，吻部突出，似为少数民族人的形象。戴帽俑占大多数，一般都身着铠甲，按职能可分为队率(方队前领队者，着下摆至腹部以下的长铠甲或着长袍)，队史(戴帽俑中有做记录姿势者，协助队率管理士兵)、舞卒(手舞足蹈者，鼓舞士气，渲染征战气氛)、乐卒(作吹奏管乐姿势者)、蹶张士(背负箭囊、手执弓弩者)、戟矛手(左手执盾，右手执戟或矛者)等。结髻俑较少，通高44．5厘米，不着铠甲，多排在方队的前沿和外围。
兵马俑坑在杨家湾4号汉墓以南70米处，属4号汉墓的陪葬坑。西汉时期，驻屯京师的北军常被用作送葬的仪仗队伍，因而初步判断，杨家湾汉墓兵马俑是西汉中央卫戍部队中北军的再现。