Το Αρχαιολογικό Μουσείο Λήμνου βρίσκεται στη Μύρινα. Στεγάζεται σε ένα μοναδικής αρχιτεκτονικής κτίριο στο Ρωμαίικο γιαλό και λειτουργεί από το 1961. Οι επισκέπτες θα θαυμάσουν μοναδικά ευρήματα που έφεραν στο φως οι ανασκαφές σε όλους τους αρχαιολογικούς τόπους του νησιού. Ευρήματα από την προϊστορική Πολιόχνη, τα Καβείρια, την Ηφαιστεία αλλά και το προϊστορικό Κουκονήσι (μικρό νησάκι στον κόλπο του Μούδρου, πολύ κοντά στο ομώνυμο χωριό). Αρχαία αγγεία, νομίσματα και αγαλματίδια, λαμπερά κληροδοτήματα των Λημνιών που αξίζουν το θαυμασμό όλων.

Στο χώρο της Ιεράς Μητροπόλεως Λήμνου στην πρωτεύουσα Μύρινα εκτίθενται σπουδαία δείγματα Βυζαντινής και Μεταβυζαντινής Τέχνης.

Το κάστρο της πρωτεύουσας Μύρινας του οποίου οι πρώτες φάσεις χρονολογούνται από την πρώιμη αρχαιότητα, καταλαμβάνει ολόκληρη την βραχώδη χερσόνησο στα δυτικά της πόλης. Στα ερείπια των αρχαιότερων τειχών  ο Ανδρόνικός Δ’ ο Κομνηνός έχτισε το 12ο αι. μ.Χ. το σημερινό κάστρο, το οποίο βελτιώθηκε αργότερα από τους Ενετούς και τους Τούρκους. Αν και δεν έχουν γίνει συστηματικές ανασκαφές, η περιήγηση πέρα από την εκπληκτική θέα και την παρουσία των ελαφιών που τρέχουν ελεύθερα στις πλαγιές σκαρφαλώνοντας στα ερείπια και μπαινοβγαίνοντας στις σπηλιές των βράχων, αποτελεί ξεχωριστή εμπειρία σαν ιστορική διαδρομή μέσα στις χιλιετηρίδες της ιστορίας.