Museum yang dibangun pada areal tanah seluas 57.150 m2. Secara Administrasi Museum Arkeologi Gedong Arca berada di Jalan Raya Tampaksiring/Jalan Ir. Soekarno, Desa Bedulu, Kecamatan Blahbatuh, Kabupaten Gianyar, Provinsi Bali pada titik kordinat 50 L 0312107, 9057854 UTM.

Sejarah berdirinya Museum Arkeologi Gedong Arca tidak terlepas dari sejarah berdirinya Balai Pelestarian Cagar Budaya Bali wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur karena Museum Arkeologi Gedong Arca merupakan salah satu kelompok kerja dari Balai Pelestarian cagar Budaya Bali.

​

Setelah masa kemerdekaan Jawatan Purbakala mulai membuka kantor di daerah, diantaranya Yogjakarta, Prambanan, dan Makasar. Pada tahun 1951 Jawatan Purbakala dilebur menjadi Dinas Purbakala dibawah naungan admanistrasi Jawatan Kebudayaan Kementerian P.P dan K. bersamaan dengan itu di Bali dibentuk Dinas Purbakala Seksi Bangunan yang berlokasi di Desa Bedulu, Blahbatuh, Gianyar, Bali dibawah pimpinan J.C Krijgman. Pemilihan lokasi di Desa Bedulu ini karena padatnya temuan peninggalan purbakala yang terdapat di daerah ini.

Dinas Purbakala Seksi Bangunan cabang Makasar inilah yang menjadi cikal bakal Suaka Peningggalan Sejarah dan Purbakala Provinsi Bali yang kemudian setelah adanya SK Menteri Pendidikan dan Kebudayaan RI. Nomor: 0767/0/1989, tanggal 7 Desember 1989 berubah menjadi Suaka Peningggalan Sejarah dan Purbakala Provinsi Bali-NTB-NTT-TimTim (SPSP Bali-NTB-NTT-TimTim). Sejak Januari 2003 berubah menjadi Balai Pelestarian Peninggalan Purbakala Gianyar (BP3 Gianyar) wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur, selanjutnya tahun 2012 berubah menjadi Balai Pelestarian Cagar Budaya Gianyar (BPCB Gianyar) wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur. Selanjutnya saat ini Balai Pelestarian Cagar Budaya Gianyar (BPCB Gianyar) berubah nama menjadi Balai Pelestarian Cagar Budaya Bali (BPCB Bali), wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur sesuai dengan Peraturan Menteri Pendidikan dan Kebudayaan RI Nomor 11 Tahun 2015. Terhitung mulai 1 November 2022 BALAI PELESTRAIAN CAGAR BUDAYA PROVINSI BALI Wilayah Kerja Porvinsi Bali, NTB, dan NTT dan BALAI PELESTARIAN NILAI BUDAYA BALI  Wilayah Kerja Porvinsi Bali, NTB, dan NTT menjadi BALAI PELESTARIAN KEBUDAYAAN ( BPK ) WILAYAH XV Provinsi Bali dan Nusa Tenggara Barat. Berdasarkan Permendikbudristek RI No.33 Tahun 2022 Balai Pelestarian mempunyai tugas melaksanakan pelestarian cagar budaya dan objek pemajuan kebudayaan.

​

 Karena banyak sekali temuan peninggalan purbakala yang ditemukan oleh BP3 Bali, maka muncullah ide pendirian museum. Museum ini didirikan dengan tujuan menyelamatkan, memamerkan atau memajang benda-benda cagar budaya dari hasil kegiatan pelestarian dilapangan yang dilakukan oleh BP3 Bali. Selain itu museum ini berfungsi untuk memberikan informasi awal mengenai Benda Cagar Budaya yang ada di Bali.

 

Pembangunan museum telah dirintis sejak tahun 1958-1959 yang 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.  

Pada masa kepemimpinan Drs. M.M Soekarto K. Atmojo, pembangunan museum ini diteruskan dengan pembangunan fisik seperti pembangunan seluruh tembok keliling, pintu masuk berupa candi bentar, sebuah wantilan dengan atap sirap yang terletak di halaman luar/Selatan, sebuah balai patok dan empat buah bangunan (gedong) di halaman tengah yang kemudian dipergunakan sebagai tempat pameran tetap koleksi. Pada masa kepemimpinan beliau museum ini secara resmi dibuka oleh Dirjen Kebudayaan Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia pada tanggal 14 September 1974 dengan nama Museum Gedong Arca.