El edificio del museo es especialmente destacable, ya que se trata de una casa mudéjar, un hermoso edificio del siglo XIV descubierto durante unas obras. Es conocido como Casa Mudéjar y presenta un repertorio de piezas de yacimientos paleolíticos de la provincia y objetos de la Edad del Bronce excavados en el barrio del Alcázar del núcleo urbano de Úbeda. Las piezas de época romana proceden de Úbeda, la Vieja (la Colonia Salaria fundada por Augusto). También encontramos piezas procedentes del yacimiento ibérico de Castellones de Ceal y exvotos ibéricos del Santuario de Collado de los Jardines.

Cuenta con dos salas de exposición y un patio de armas, donde se concentran las piezas arqueológicas de mayores dimensiones y peso. A lo largo de la visita podemos contemplar diversos fondos, fruto del devenir histórico, cultural, arqueológico, artístico y social de Castellar.
De la época prehistórica encontramos hachas y diversos útiles de piedra.

En la planta baja se han musealizado los restos de un yacimiento de época romana: monedas, columnas de edificaciones, etc.

En la siguiente planta se exponen objetos de la cultura íbera del santuario Cueva de la Lobera, uno de los numerosos yacimientos arqueológicos del término municipal de Castellar, localidad cuyos orígenes se sitúan en el periodo final de la Edad del Cobre y principio de la Edad del Bronce.

El Museo arqueológico consta de tres salas, una primera sala dedicada a la Prehistoria, donde se puede observar todo los restos materiales del Paleolítico, Mesolítico, Neolítico, Calcolítico y Edad de los Metales.

El contenido de las vitrinas de esta sala es muy rico, En una primera encontrando desde, restos líticos del Paleolítico Medio como Proto-Bifaces a flechas Argáricas de tipo "Palmeta", elaboradas ya en época de los metales. En esta Sala se puede observar la reconstrucción de una cueva Paleolítica y una Cabaña Neolítica, que se convierte en la apuesta didáctica de esta sala.

La Segunda Sala esta dedicada a la Historia, partiendo desde los pueblos Colonizadores a la época moderna, destacando una muestra importante de restos epigráficos Íberos, Romanos y Musulmanes, junto con una extensa y muy completa colección numismática. A esto se la añade todo tipo de artefactos cerámicos, en vidrio y mármol que hacen de esta sala la más completa del museo. En esta sala también se apuesta por la interpretación de monumentos arqueológicos, en esta caso cobra protagonismo la reconstrucción a escala real de la Tumba Principesca de la Necrópolis de Piquía, tumba de dimensiones importantes en la cual se encontró un prominente ajuar funerario, entre el que destaca un total de 7 vasos cerámicos áticos, 4 de los cuales han sido restaurados por el equipo de arqueólogos del Centro Andaluz de Arqueología Íbera de la Universidad de Jaén.

La tercera sala está dedicada a dos personajes ilustres de la historia de Arjona, El Rey Alhamar y Helvia Paulina, ambos nacidos en la localidad, los cuales han sido muy destacados en sus respectivos periodos Época Musulmana y Romana respectivamente. Esta Sala se complementa con una Sala de Audiovisuales, que nace con el objetivo de completar las actividades programadas por el museo para el visitante.

La visita empieza mostrando una magnífica prensa de viga de madera monocuerpo de quince metros de longitud y un quintal de 2400 Kg. Es una de las prensas de viga de más longitud que se conservan, y se muestra, además, una de las pocas calderas de cobre de grandes dimensiones existentes en España destinada a calentar el agua del cargo en la segunda presión de los capachos.

En una segunda sala se exhiben dos prensas hidráulicas, un molino de sangre de piedras cónicas, y dos sistemas de extracción continua de reciente instalación: uno de tres fases, de los primeros traídos a Andalucía, y el actual de dos fases.

Fue inaugurado en el 1999, y está incluido en el Registro Andaluz de Museos y Colecciones Museográficas de la Consejería de Cultura de la Junta de Andalucía.

El palacio pertenece a un conjunto patrimonial catalogado como BIC. Fue construido por los linajes Cárdenas-Valdivia y los primeros documentos que se han conservado datan de 1570. La espléndida torre-portada que lo caracteriza fue construida hacia 1620, se sabe que sobresalía sobre el sistema defensivo de la cercana puerta de la muralla. En ella destacan el típico almohadillado renacentista, un frontón curvo roto y terminado en volutas, en el que se inscribe uno de los escudos heráldicos (Cárdenas). A ambos lados encontramos atlantes, y sobre estos, otros dos escudos. También resultan reseñables las cinco leonas sobre la cornisa superior que portan cinco escudos. El interior de la casa está articulado como los palacios italianos renacentistas, en torno a un patio con cuatro crujías, datado en siglo XVII. Finalmente, las caballerizas destacan por una pintura mural de un escudo con dos leones rampantes y los linajes de la familia. El edificio aloja también a la Casa del Alfarero.

Fue el primero, y por tanto más antiguo, en funcionar en Valdepeñas. Comenzó a moler el día el 15 de agosto de 1540 y contaba con dos piedras de molienda. Su dueño, Juanín LeClerque, lo denominó Molino Alto de Santa Ana y, además, construyó un segundo molino, llamado el Bajo de Santa Ana que también disponía de dos piedras. Ambos molinos fueron los únicos que existían en Valdepeñas hasta el siglo XVIII.

En 1787, se transformó en molino el batán, utilizado hasta entonces para escardar lana, y que fue construido en el paraje de El Ejido de San Sebastián por doña Catalina González de Medina.

Actualmente está dedicado a museo y dividido en tres secciones: Portal, dedicado a la parte histórica; Molino, dedicado al molino, sus partes y funcionamiento; y Horno, que acoge una pequeña muestra de objetos y técnicas propias de las artes y costumbres populares de Valdepeñas y su comarca.