La sede museale risale agli anni Cinquanta; originariamente progettata come edificio scolastico, fu acquisita dalla Soprintendenza alle Antichità per la Sicilia Orientale, per consentire la creazione di un museo destinato ad illustrare le prime grandi scoperte nel sito dell'antica Leontinoi.

Il museo illustra la storia di Leontinoi e del suo territorio a partire dalla preistoria fino all'età medievale, attraverso l'esposizione di materiali provenienti dall'antica città e dai principali siti archeologici del comprensorio.
Leontinoi, colonia calcidese, fu fondata nel 729 a.C., sul margine di un territorio fittamente interessato da insediamenti indigeni. La città occupò due alture parallele, con l'interposta vallata, affacciate sulla fertile piana di Catania e collegate al mare attraverso il fiume S. Leonardo.
Una cinta muraria racchiudeva la città correndo lungo il ciglio dei colli ed includendo anche la vallata, alle cui estremità erano situate due poderose porte a tenaglia. Di queste ultime, quella meridionale è stata integralmente messa in luce insieme alle poche tracce delle aree sacre urbane (sulla sommità dei colli), di un santuario extraurbano (in pianura in contrada Alaimo) e di parte delle necropoli che si estendevano ad arco a nord ed a sud della città.
Il territorio di Lentini ha restituito inoltre testimonianze relative all'occupazione umana a partire dal neolitico.
Particolarmente significativi, nel quadro della preistoria della Sicilia sud-orientale, sono gli insediamenti, solo in parte esplorati, di Valsavoia (fase finale del Bronzo antico, facies di Rodi-Tindari-Vallelunga) e della Metapiccola (XI-IX sec. a.C., cultura di tipo ausonio).

Le collezioni. Il primo nucleo proviene dall'antico Museo Civico, integralmente confluito nell'attuale museo, ed è costituito da un complesso di materiali di varia origine, per lo più di incerta contestualizzazione. Una gran parte proviene dagli scavi effettuati negli anni Cinquanta nella valle S. Mauro, in corrispondenza della porta urbica meridionale e di una delle necropoli e sul colle della Metapiccola, nell'ambito dell'insediamento indigeno dell'età del Ferro; l'ultima parte, infine, è relativa alle indagini ed alle scoperte effettuate, negli anni più recenti dalla Soprintendenza ai Beni Culturali di Siracusa nel territorio e nel sito urbano della città odierna.

L'ordinamento è insieme cronologico e topografico; dalle più antiche attestazioni di frequentazione umana nel territorio durante la preistoria, si passa alla colonizzazione ed alla successiva illustrazione della città greca (abitato, fortificazioni, necropoli, architettura templare); infine, si espongono i dati finora acquisiti in ordine alla storia del centro urbano e del territorio durante l'età tardo romana, bizantina, araba e medioevale. L'esposizione dei materiali è sorretta da adeguati supporti didattici per la comprensione delle varie problematiche affrontate e per la ricostruzione delle fasi della ricerca.