Ocupa una bona part de l’antiga cartoixa, potser obra de Miquel Àngel, de Santa Maria degli Angeli, construïda sobre restes de les grans termes de Dioclecià (298-306), i recull una de les millors col·leccions del món de mosaic, pintura mural i, sobretot, escultura antiga. Inaugurat el 1889 amb el nucli aplegat a l’Antiquario del Palatino i els materials descoberts des del 1870, fou ampliat, successivament, el 1901 amb la col·lecció Ludovisi-Buoncompagni i la Kirche i el 1923 amb la de Gnecchi, ultra nombroses peces d’excavacions. Cal destacar-ne el Tron Ludovisi, original grec del segle V aC, el lisipià Ares Ludovisi, la Donzella d’Anzio, original grec del segle III aC, la Venus de Cirene, el Púgil en repòs, de bronze, i l’íntegre Discòbol Lancellotti, la millor rèplica de marbre conservada del Discòbol de Miró. Entre les pintures sobresurten els frescs de la vil·la de Lívia a Prima Porta.