Il Museo, attivo dal 1984, è organizzato in tre sezioni:

a) una sezione naturalistica suddivisa in due sottosezioni: Scienze della Terra (5 sale) e Scienze della Vita (6 sale).

b) una sezione archeologica suddivisa in due sottosezioni: preistoria-protostoria (Veneti Antichi) ed epoca romana.

c) una sezione staccata a Schievenin di Quero (BL).

Le collezioni naturalistiche presenti nella struttura sono raccolte storiche chiuse, del XVIII e XIX secolo, e collezioni recenti frutto di donazioni o di diretta acquisizione del museo. Si tratta per lo più di collezioni che hanno stretto riferimento con il territorio regionale e italiano. Sono comunque presenti anche raccolte esotiche di insetti, uccelli, pesci e mammiferi; anche le sezioni mineralogiche e geo-paleontologiche presentano reperti che provengono da tutto il mondo.

Le collezioni archeologiche sono per lo più di proprietà statale e depositate presso il museo e solo in minima parte di proprietà civica. Si tratta di reperti relativi a raccolte di superficie o scavi che negli anni hanno interessato il territorio di Montebelluna e dintorni.