Το κτήριο της Αρχαιολογικής Συλλογής Σάμης – Αρχαιολογικό Μουσείο Σάμης βρίσκεται στο κέντρο της σύγχρονης πόλης, επί της κεντρικής πλατείας, στην οδό Ιωάννου Μεταξά, πλησίον σημαντικών ορατών μνημείων της ομώνυμης αρχαίας πόλης και σε απόσταση περίπου 5 χιλ. από την ακρόπολή της. Ο μνημειακός πλούτος της περιοχής, αλλά και ο συνεχής έλεγχος της Υπηρεσίας σε κάθε οικοδομική δραστηριότητα και τεχνικό έργο και οι περιορισμοί στη δόμηση, καθιστούσαν καίριο αίτημα των ντόπιων τη δημιουργία ενός χώρου, κατάλληλου για την έκθεση του πλήθους των ευρημάτων, που προέκυψαν και εξακολουθούν να προκύπτουν από τις έρευνες σωστικού χαρακτήρα στην περιοχή. Για το σκοπό αυτό παραχωρήθηκε το 2001 από την Κτηματική Υπηρεσία του Δημοσίου στο Υπουργείο Πολιτισμού το συγκεκριμένο ακίνητο, στο οποίο αρχικά στεγάζονταν γραφεία της τότε κοινότητας Σάμης.
Η εκπόνηση μιας σειράς μελετών ωρίμανσης το 2009, από την τότε ΛΕ΄ Ε.Π.Κ.Α., στο πλαίσιο του Μέτρου 3.3 «Μελέτες Ωρίμανσης και Προετοιμασίας» του Ε.Π. «Πολιτισμός», για αρχαιολογικούς χώρους και μουσεία του Νομού Κεφαλληνίας ήταν το πρώτο βήμα για την υλοποίηση του εκθεσιακού χώρου της Αρχαιολογικής Συλλογής – Αρχαιολογικό Μουσείο Σάμης. Εξάλλου, είχαν ολοκληρωθεί η ανάδειξη της ακρόπολης και το τεχνικό έργο «Αποχέτευση ακαθάρτων ομβρίων υδάτων – εγκατάσταση βιολογικού καθαρισμού Σάμης Κεφαλονιάς» της σύγχρονης πόλης, το οποίο όχι μόνο απέδωσε πλήθος ευρημάτων, αλλά και αποτέλεσε πολύτιμη πηγή πληροφοριών για τη χαρτογράφηση λειτουργιών της αρχαίας Σάμης. Αντιστοίχως, η αρχαιολογική έρευνα στην περιοχή του Φισκάρδου, σχετικά πρόσφατη, οδήγησε στην αποκάλυψη μνημείων της πόλης Πανόρμου, καίριων για την ανάγνωσή της. Στη Συλλογή εντάχθηκαν και ευρήματα από την περιοχή του Φισκάρδου. Παράλληλα, επίσης το 2009, παραχωρήθηκε ζώνη της πλατείας μπροστά από το κτήριο, από τη Δημοτική Ενότητα Σάμης του Δήμου Κεφαλονιάς, για την έκθεση ψηφιδωτών δαπέδων, που αποκαλύφθηκαν κατά τις ανασκαφικές έρευνες στη Σάμη, τα οποία δεν κατέστη δυνατό να διατηρηθούν κατά χώραν. Το Σεπτέμβριο του 2013 εντάχθηκε η Πράξη «Επισκευή και Δημιουργία Αρχαιολογικής Συλλογής Σάμης και Έκθεση ψηφιδωτών στην Κεφαλονιά» στο πλαίσιο του ΕΣΠΑ, στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Ανταγωνιστικότητα και Επιχειρηματικότητα». Εν συνεχεία, στις 29-12-2016 εντάχθηκε ως μεταφερόμενο έργο στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Ιόνια Νησιά» στο πλαίσιο του ΕΣΠΑ 2014- 2020.
Στο πλαίσιο της Πράξης εντάχθηκαν τρία υποέργα: 1) «Επισκευή κτηρίου και δημιουργία Αρχαιολογικής Συλλογής Σάμης – Αρχαιολογικό Μουσείο Σάμης και διαμόρφωση περιβάλλοντος χώρου», απολογιστικά και δι’ αυτεπιστασίας από την Εφορεία Αρχαιοτήτων Κεφαλληνίας και Ιθάκης, 2) «Προμήθεια και εγκατάσταση προθηκών και λοιπών μουσειακών κατασκευών Αρχαιολογικής Συλλογής Σάμης», κατόπιν Διαγωνισμού άνω των κοινοτικών κατωφλιών από την Εφορεία Αρχαιοτήτων Κεφαλληνίας και Ιθάκης και 3) «Εργασίες συντήρησης και τοποθέτησης έξι (6) ψηφιδωτών δαπέδων και τμημάτων τοίχων στον περιβάλλοντα χώρο της Αρχαιολογικής Συλλογής Σάμης – Κεφαλονιάς», δι’ αυτεπιστασίας από τη Διεύθυνση Συντήρησης Αρχαίων και Νεωτέρων Μνημείων.
Η υλοποίηση του Έργου αποτελούσε μία σύνθετη διαδικασία, από την επισκευή του κτηρίου της Αρχαιολογικής Συλλογής, την τεκμηρίωση, τη συντήρηση, την έκθεση των κινητών ευρημάτων, αλλά και τη χρήση πολυμέσων για την καλύτερη κατανόηση της έκθεσης, έως τη διαμόρφωση του περιβάλλοντος χώρου.
Η έκθεση στο εσωτερικό αναπτύσσεται σε πέντε αίθουσες, κάθε μία από τις οποίες φιλοξενεί από μία θεματική ενότητα, με ευρήματα από τη Σάμη και την ευρύτερη περιοχή της, περιοχή που ταυτίζεται με εκείνη που θεωρείται ότι ήλεγχε ως πόλη κράτος της κλασικής και ελληνιστικής περιόδου.
Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζεται η διαχρονική κατοίκηση της Σάμης από την πρώιμη Εποχή του Χαλκού έως τους πρώιμους βυζαντινούς χρόνους. Στη δεύτερη, ιστορείται ο ρόλος του υγρού στοιχείου στην πόλη. Η τρίτη αφηγείται διαφορετικές εκφάνσεις της ανθρώπινης δράσης. Στην τέταρτη ενότητα, πολυάριθμα ευρήματα ανασυνθέτουν ταφικές πρακτικές των Σαμαίων και των Πανορμιτών. Τέλος, η αίθουσα 5 είναι αφιερωμένη στις πολυμεσικές εφαρμογές και τα εκπαιδευτικά προγράμματα.