Museum Arkeologi (Gedong Arca) merupakan museum khusus yang pendiriannya berkaitan erat dengan sejarah berdirinya Balai Pelestarian Cagar Budaya Bali dengan wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur, karena museum ini merupakan salah satu kelompok kerja dari Balai Pelestarian cagar budaya Bali. Museum Arkeologi (Gedong Arca) didirikan karena banyak sekali temuan peninggalan purbakala yang ditemukan oleh Balai Pelestarian Peninggalan Purbakala Bali yang kemudian berganti nama menjadi Balai Pelestarian Cagar Budaya Bali. Museum ini didirikan dengan tujuan untuk menyelamatkan, memamerkan atau memajang benda-benda cagar budaya dari hasil kegiatan pelestarian dilapangan yang dilakukan oleh Balai Pelestarian Peninggalan Purbakala (BP3) Bali. Selain itu museum ini berfungsi untuk memberikan informasi awal mengenai benda cagar budaya yang ada di Bali.
Museum yang dirintis pada 1958-1959 ini diprakarsai oleh Dr. R. P. Soejono yang pada saat itu menjabat sebagai Kepala Kantor Lembaga Purbakala dan Peninggalan Nasional Cabang II Gianyar. Sebagai awal realisasi pendirian museum ini, mula-mula didirikan beberapa bangunan dengan atap ijuk yang terletak di halaman dalam. Bangunan ini dipergunakan untuk menyimpan benda-benda hasil penyelamatan di lapangan seperti beberapa sarkofagus. Pembangunan fisik Museum Arkeologi (Gedong Arca) kemudian dilanjutkan oleh Drs. M.M Soekarto K. Atmojo. Pada masa beliau dilakukan pembukaan dan peresmian museum oleh Direktorat Jenderal Kebudayaan Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia saat itu Prof. Dr. Haryati Soebadio pada 14 September 1974 dengan nama Museum Gedong Arca.