Museum Bali terletak di sebelah selatan Pura Jagatnatha, dan merupakan museum tertua di Bali. Pendirian museum itu dirintis sejak sejak tahun 1910 atas prakarsa Asisten Residen WFJ Kroon bersama para pemimin, dan tokoh seniman bali, I Gusti Ketut Kandel dari banjar abasan dan I Gusti Ketut Rai dari banjar belong, serta arsitek Jerman, Curt Grun-dler. Arsitektur Museum Bali merupakan perpaduan antara struktur bangunan pura (tempat suci) dan puri (keraton).
Pada tahun 1925, bangunan bergaya Karangasem, yang berbentuk bale panjang dan berada di pusat kompleks, telah berhasil dibangun sebagai representasi arsitektur Bali Timur. Struktur ini terdiri dari dua bagian, yaitu ruang luar dan ruang dalam. Beranda terbuka di ruang depan berfungsi sebagai tempat beristirahat bagi para pengunjung museum, sementara ruang dalam diperuntukkan sebagai area pameran.
Tak lama setelahnya, dua struktur tambahan rampung dibangun, yaitu Gedung Tabanan dan Gedung Buleleng. Gedung Tabanan, yang terletak di utara gedung Karangasem, didesain menyerupai meru dengan atap tumpang dua dan terbuat dari ijuk. Bangunan ini merupakan perwakilan seni arsitektur Bali Selatan. Sedangkan Gedung Buleleng, berlokasi di selatan gedung Karangasem, juga dirancang dengan bentuk meru. Struktur ini didukung oleh 33 sesaka – kayu yang diukir dengan motif pepatraan dan dicat dengan prada. Gedung ini memiliki empat pintu yang masing-masing mengarah ke empat penjuru mata angin. Di tengah ruangan, terdapat tugeh – poros tiang penyangga atap dengan patung singa bersayap (Singamara) di alasnya, yang merupakan simbol dari Kabupaten Buleleng.
Pada awalnya, Museum Bali ditangani Yayasan Bali Museum dan dibuka secara resmi pasa 8 Desember 1932 dengan nama Bali Museum. Setelah Indonesia merdeka, pengelolaannya diserahkan kepada Pemerintah RI pada 5 Januari 1966. Benda-benda koleksi di Museum Bali dapat meliputi benda-benda prasejarah, benda-benda dari zaman sejarah, dan benda-benda etnografi.