La necròpolis paleocristiana (segles III-V dC) es troba situada en l'espai que delimiten l’avinguda de Ramón y Cajal, l’avinguda de la Independència, la fàbrica de Tabacs i l’avinguda del Cardenal Vidal i Barraquer. De gran extensió (2.051 tombes), conserva una sèrie d'estructures i edificis corresponents a fases i usos diversos.
Les restes aparegueren l'any 1923, amb l'inici dels treballs de construcció de la fàbrica de Tabacs. Inicialment, les excavacions arqueològiques anaren a càrrec del Servei d'Excavacions de l'Institut d'Estudis Catalans, sota la direcció de Josep Coromines i Josep Puig i Cadafalch. Posteriorment, continuaren sota la direcció dels enginyers de la Fàbrica (1924-26) i, fins el 1933, sota la direcció de mossèn Joan Serra i Vilaró, el qual tingué cura del rigor científic i documental dels treballs d'excavació i un paper fonamental en la conservació in situ d'una àrea arqueològica i en la construcció del Museu. L’any 1969, Serra fou enterrat dins de l’àrea arqueològica en una cripta coronada per un monument funerari de la pròpia excavació.
El Museu fou propietat de la Compañía Arrendataria de Tabacos fins el 1941, que fou adscrit al Museu Arqueològic.
S’han fet diverses actuacions al Museu i a les restes. L’any 1971, a l’àrea arqueològica, s’hi instal·là una coberta per a evitar parcialment els efectes de l’exposició a la intempèrie. Entre el 1986 i el 1987 es remodelà una part del semisoterrani del Museu i es realitzà una nova senyalització. El 1992 el conjunt es tancà al públic, i entre els anys 1993 i 1996 tingué lloc la primera fase del projecte de remodelació del conjunt, que consistí en la construcció d’un nou mòdul d’accés i expositiu –l'únic visitable–, amb la mostra "El Món de la Mort. Síntesi prefigurativa del Museu i Necròpolis Paleocristians de Tarragona", en la renovació de la coberta de la zona arqueològica i en l’eliminació de les barreres arquitectòniques. L’any 2013, s’inaugurà el nou projecte museogràfic que es desenvolupa a través de les creences, els rituals, les cerimònies i els costums en relació amb la mort a l'època romana i es reobrí la necròpolis als visitants.