Aperto nel dicembre del 1993, il Museo è allestito nei locali del Palazzo Pretorio, il più antico edificio pubblico ancora esistente. Il Palazzo fu costruito, assieme all'antico carcere sottostante, nella prima metà del XIV secolo per ospitare il Podestà (per questo è conosciuto popolarmente come "Loggetta del Podestà"), cioè il governatore che Firenze inviava a Barga per l'amministrazione del territorio e della giustizia. La città fu, infatti, sotto la protezione fiorentina dal 1341 o 1342 fino all'Unità d'Italia. Una curiosità: il figlio di Galileo, Vincenzio, fu destinato, suo malgrado, nel 1631, alla Cancelleria di Barga.

Sul muricciolo che separa la loggia dalle scale che portano alle antiche prigioni, si possono osservare le antiche misure utilizzate in città nel 1582: le lunghezze del "braccio fiorentino" (0, 583 metri) e del "coltello", cioè la misura dell'arma bianca che i cittadini potevano portare per difesa (1/4 di braccio, corrispondente a 14,5 centimetri), e le misure del "mezzo staio fiorentino" (12,2 litri) e dello "staio fiorentino" (24,4 litri) per misurare le granaglie.

Il Museo costituisce un percorso per la conoscenza del territorio di Barga e delle sue specificità dal punto di vista naturalistico, storico e artistico. L'allestimento è di tipo didattico, con pannelli corredati da fotografie, disegni e ricostruzioni grafiche. Gli aspetti storici, dall'età preistorica al primo Rinascimento, sono illustrati da reperti archeologici, arredi sacri, pitture e sculture.

I temi più propriamente scientifici sono presenti in una sezione dedicata alla geologia e alla paleontologia, nella quale vengono presentate le caratteristiche del territorio con le stratigrafie delle rocce e le indicazioni relative alle fasi evolutive della sua formazione. Sono, inoltre, ricostruiti ambienti, con indicazioni sulla flora e sulla fauna presenti nei vari periodi. La collezione paleontologica deriva dal lavoro di ricerca del Gruppo Mineralogico e Paleontologico di Fornaci di Barga, che ha contribuito alla creazione del primo nucleo del Museo. I reperti fossili, raccolti a partire dal 1973, provengono dalla Valle del Serchio e dai Monti Pisani e sono stati catalogati dalla Sezione di Geologia e Paleontologia del Museo di Storia Naturale dell'Università di Firenze. Tra i reperti paleontologici si segnalano i molari di Elephas africanus.

Scendendo nell'antico carcere, si può ammirare il meccanismo ottocentesco dell'orologio del campanile del Duomo di Barga, mentre all'esterno, sulla parete che sorregge il tetto della loggetta del Podestà, si nota lo gnomone di una meridiana (la linea meridiana è mancante), realizzata alla metà del Settecento dall'ingegnere Giorgio Kindt, "professore di Meridiane". Come in molti altri casi, meridiane di questo tipo erano utilizzate per regolare gli orologi meccanici pubblici.