01. 02. 1984 tarihinde Pamukkale Hierapolis antik kenti içinde açıldı. Antik kentin önemli yapılarından Roma Hamamı’nın restorasyonu sonrası müze bu yapının içinde hizmet vermeye başladı. Müze günümüzdeki şeklini antik kentteki gymnasium ve kütüphane yapılarının restore edilmesi sonucu aldı. Bu restorasyon sonucunda antik kente ait eserlerin açık alanda ziyaretçilere sunulmasına olanak sağlandı. Müzede; Hierapolis, Laodikea, Colosae, Tripolis, Attuda Antik Kentleri, Beycesultan Höyüğü ve Caria, Psidia ve Lidya bölgelerinden çıkarılan eserler sergilenmektedir.

Hierapolis Arkeoloji Müzesi’nde, Lahitler ve Heykeller Salonu, Küçük Eserler Salonu ve Hierapolis Tiyatrosu Buluntuları Salonu olmak üzere üç bölüm vardır. Ayrıca müze de 5.296 adet arkeolojik eser ve 18616 adet sikke sergilenmektedir.

Lahitler ve Heykeller Salonunda, Hierapolis ve Laodikea antik kentlerinde yapılan kazılar sonucunda çıkarılan lahitler, heykeller, mezar taşları, mimari sütun, paye başlıkları ve yazıtlar yer alıyor. Tyche, Dionysos, Pan, Asklepios, İsis Rahibesi ve Demeter gibi Roma dönemine ait heykeller bu bölümün önemli eserleridir. Ayrıca Maximillan Lahti ve Sidemara tipi lahit bu bölümün en güzel eserleri olarak görülüyor.

Küçük Eserler Salonu’nda, Denizli ve çevresindeki antik kentlerdeki kazılarda bulunan eserler yer alır. MÖ IV. yüzyılda yaşayan uygarlıkların izlerine bu bölümde rastlanıyor. Frig, Hellenistik, Roma, Bizans dönemlerine ait pişmiş toprak kandiller, adak kapları, cam kaplar, kolyeler, madeni takılar (yüzük, küpe, bilezik vb.) bu bölümün önemli eserleridir. Aynı zamanda bu bölümde, MÖ VI. yüzyıldan itibaren Helenistik, Roma, Bizans ve Selçuklu ile Osmanlı dönemlerine ait altın, gümüş ve bronz sikke örnekleri sergileniyor. Ayrıca Beycesultan Höyüğü’nden çıkarılan idoller, pişmiş toprak testi ve tören kapları gibi eserler de bu bölümde yer alıyor.

Müzenin, Tiyatro Buluntuları Salonunda, Hierapolis antik kenti içinde yer alan tiyatronun sahne binasından çıkarılan eserler yerleştirilmiştir. Eserler restore edildikten sonra müzenin bu salonuna alınıyor. Tiyatro sahne kabartmalarının bir kısmı yerinde olmasına rağmen bir kısmının mulajları alınarak bire bir taklitleri yer alıyor. Apollon ile Artemis’e ait mitolojik kabartmalar, Roma İmparatoru Septimus Severus’un taç giyme törenine ait kabartmalar, Persephone’nin Hades tarafından yeraltına kaçırılmasına ait friz, Apollon, Leto, Artemis ile ilgili heykeller, Kral Attalos ve Eumenes’in büst heykelleri, kentin tanrıçası olan Hierapolis’in taç giyme töreni ve tiyatro ile ilgili kararları belirten yazıtlar bu bölümün önemli eserleridir. Ayrıca Sfenks, Denizler tanrısı Poseidon’nun oğlu Triton, yeraltı tanrısı Hades’in heykelleri salonun orta bölümünde sergileniyor.

Hierapolis Arkeoloji Müzesi, Roma İmparatorluğu dönemi eserlerinin yanında Helenistik, Bizans, Selçuklu ve Osmanlı dönemlerine ait eserlerin de sergilendiği bölgenin en önemli müzelerinden biri konumundadır.