Au début, il avait le nom du "Musée Saint-Louis" jusqu’en 1899 puis "Musée Lavigerie" jusqu’en 1956, fondé par le cardinal Charles Martial Lavigerie. Au début, il rassemblait les vestiges des fouilles effectuées par les Pères blancs, particulièrement celles réalisées par le père Delattre. L’annexe du couvent des Pères blancs était utilisée de prime abord pour recevoir le collectes des fouilles d
es nécropoles du site archéologique : fouilles de la colline Saint-Louis, de Douimès, de la colline de Junon, de la colline Sainte-Monique et aussi des basiliques chrétiennes carthaginoises. Les trouvailles des fouilles du service d’archéologie étaient déposées quant à lui au Musée Alaoui, actuellement, le musée national du Bardo.
À la suite de la signature du modus vivendi de 1964, entre le Vatican et la Tunisie, l’Église catholique romaine cède définitivement le musée ainsi que le site qui l’entoure à l’État tunisien qui en prend possession dès juillet 1964 et lui donne son nom actuel. Par la suite, il a fait l’objet d’une vaste restructuration dans les années 1990 et, après une longue ouverture restreinte, a désormais comme vocation d’accueillir les nouvelles découvertes effectuées sur le site archéologique, particulièrement le produit des fouilles effectuées dans le cadre de la campagne internationale de l’Unesco des années 1972-1995.
