Marmaris Müzesi, tarihi bir mekân olan Marmaris Kalesi'nde hizmet vermektedir. Marmaris Kalesi Kültür ve Tabiat Varlıklarını Koruma Yüksek Kurulu’nun 14.10.1983 gün ve 11 sayılı kararı ile korunması gerekli taşınmaz kültür varlığı olarak tescil edilen I. derece anıtsal bir yapıdır. Kale, Marmaris Limanı arkasında denize hâkim konumda olan bir yarımada üzerinde inşa edilmiştir. Marmaris Kalesi’ne ait ilk bilgileri M.Ö. 490-425 yılları arasında yaşayan Halikarnassoslu (Bodrumlu) tarihçi Herodot vermektedir. Herodot kalenin ilk olarak MÖ 3. binde yapıldığını söyler. Marmaris ilk kez 1390 yılında Osmanlı yönetimine girmiştir. M.S. 17. yüzyılda Muğla yöresini gezen Evliya Çelebi, ünlü Seyahatnamesinde, kalenin 1522 yılında Osmanlı Hükümdarı Kanuni Sultan Süleyman tarafından Rodos seferi sırasında yaptırıldığı ve buranın bir askeri üs olarak kullanıldığını yazmıştır. Giriş kapısı üzerinde inşa kitabesi bulunan Kale ana kaya üzerine dört tabyalı olarak düzgün kesme taş ve moloz taşlarla inşa edilmiştir. Kalenin toplam yedi kapalı odası bulunmaktadır. Beşik tonozlu giriş kısmı iç bahçeye açılmaktadır. Avluda sağda ve solda yer alan merdivenler surlara çıkışı sağlar. Beşik tonozla örtülü olan kapalı mekânlar sergileme salonu olarak kullanılmaktadır. Müze avlusu da açık teşhir sergileme alanıdır. Teşhir salonlarında ve avluda Tunç Çağı’ndan başlayarak Arkaik, Klasik, Helenistik, Roma ve Doğu Roma Dönemlerinden Cumhuriyet Dönemi'ne kadar uzanan eser koleksiyonu sergilenmektedir. Salonlar dışındaki diğer mekânlar büro ve depo olarak kullanılmaktadır. Marmaris Müzesinde 4 adet teşhir salonu bulunmaktadır.
Knidos Salonu’nda Knidos Antik Kenti kazılarından çıkartılan mermer heykel, heykel başları, figürinler, süs eşyaları, amphoralar ve günlük kullanım kapları sergilenmektedir. Salonda bunlardan başka büyük bir heykele ait olduğu düşünülen “Bronz Kın” ve “Oturan Rahip Heykeli” Marmaris Müzesinin önemli eserlerindendir.
İkinci teşhir salonu olan Burgaz-Emecik Salonunda, bugüne kadar Datça-Burgaz Kazılarında ortaya çıkarılan eserler ile Datça, Emecik Mahallesi yakınlarındaki Apollon Kutsal Alanı’nda bulunan, çoğunluğunu kireçtaşı heykelcik ve pişmiş toprak figürinlerin oluşturduğu eserler grubu sergilenmektedir. Arkaik Dönem'e ait olan bu eserler, Müzenin en önemli koleksiyonlarından biridir.
Üçüncü salon olan, kalenin doğu ve güney cephelerinin birleştiği köşede yer alan Marmaris ve Çevresi Salonunda, Marmaris ve çevresinden “satın alma, istirdat ve hibe yoluyla” Müzemize kazandırılmış olan altın eserler, sikkeler, süs eşyaları, figürünler, cam eserler ve günlük kullanım kapları sergilenmektedir. Bu salonda Marmaris ve Çevresinde yer alan Phykos, Amos, Kastabos, Hydas, Erine, Tymnos, Bybassos, Phoenix gibi çok sayıda antik kentin izlerini görmek mümkündür.
Dördüncü salon ise “Taş Eserler Salonu” olarak düzenlenmiştir. Bu salonda mezar taşları, osthotekler (kül ve kemiklerin konulduğu mezarlar), frizler (süslenmiş tapınak üst yapı elemanları) ve heykel başları Müzemiz teşhirinde yer almaktadır.