ตั้งอยู่ที่ตำบลพระธาตุ ทางทิศใต้ของพระธาตุนาดูน เก็บรวมรวมรักษาและจัดแสดงโบราณวัตถุ ศิลปะวัตถุ และเป็นแหล่งข้อมูลอาณาจักรจำปาศรี นครโบราณสมัยทวารวดี พุทธศตวรรษที่ 13-16 พิพิธภัณฑ์ฯ ก่อสร้างเมื่อ พ.ศ. 2543 ลักษณะเป็นอาคารทรงไทยประยุกต์ 2 หลังเชื่อมต่อกัน แบ่งการจัดแสดงออกเป็น 4 ส่วน คือ ส่วนที่ 1 พุทธศาสนา: ศาสตร์แห่งบูรพาทิศ ส่วนที่ 2 การค้นพบพระบรมสารีริกธาตุ 1 องค์ ขนาดเท่าเม็ดข้าวสารหัก สีขาวขุ่นคล้ายแก้วมุกดาบรรจุในสถูปสัมฤทธิ์ ส่วนที่ 3 การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่นาดูน เช่น พระพิมพ์ดินเผาสมัยทวารวดี ส่วนที่ 4 พุทธมณฑลอีสาน จำลองเนินโบราณสถานและผังตำแหน่งสถูปสัมฤทธิ์ และมีวีดีทัศน์สรุปเหตุการณ์สำคัญที่ยิ่งใหญ่นี้ เปิดให้เข้าชมวันจันทร์-เสาร์ หยุดวันอาทิตย์ เวลา 08.00-16.00 น.