Inaugurado el 12 de octubre de 1987, alberga miles de piezas arqueológicas encontradas de 1978 a la fecha en un radio de siete cuadras del Centro Histórico de la Ciudad de México. El edificio fue construido por el arquitecto Pedro Ramírez Vázquez y está ubicado en el mismo sitio que fuera el más importante centro ceremonial del pueblo mexica.

Consta de ocho salas de exhibición dedicadas en su mayoría a Tláloc, dios del agua, y Huitzilopochtli, dios de la guerra. La pieza principal del museo es la representación pétrea de Coyolxauhqui, diosa de la luna, decapitada y desmembrada por su hermano Huitzilopochtli.

En conjunto, el acervo del Templo Mayor da cuenta de la evolución del pueblo azteca, desde la peregrinación de los mexicas y su asentamiento en el lago de Texcoco hasta la llegada de los conquistadores españoles y la fusión de ambas culturas.