Il Museo Archeologico si trova nella Piazza del Duomo di Massa Marittima, all'interno dello storico Palazzo del Podestà, noto anche come Palazzo del Capitano di Giustizia o Palazzo Pretorio. L'edificio, uno dei più rappresentativi del periodo medievale della città, fu costruito nella prima metà del XIII secolo e venne scelto come centro del potere legislativo e giudiziario.

L'elemento che ancora oggi lo caratterizza è la facciata esterna nella quale sono murati gli stemmi gentilizi di podestà, capitani di giustizia e altre magistrature che si sono succedute nel governo della città.

L'edificio fu utilizzato per un periodo anche come carcere: vicino all'ingresso si trova ancora la campanella di ferro a cui venivano legate le persone esposte alla berlina e all'interno del Palazzo sono ancora visibili le antiche celle che ospitavano i detenuti, oggi integrate nel percorso espositivo.

Vicino alla porta d'ingresso è da segnalare la presenza di un incavo di circa 1,60 cm di lunghezza destinato a contenere una misura metallica, il cosidetto "braccio massetano", l'unità di misura che Massa Marittima, libero Comune, aveva deciso di adottare.

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