El edificio fue donado por Zely Castoldi, hija de Giovanni Antonio Sanna, concesionario de las minas de Montevecchio que, en 1875, había destinado a su ciudad natal su colección arqueológica y de pinturas. Estos días, forman el núcleo de salida del museo que debe su nombre al empresario. La construcción, realizada entre 1926 y 1932, se inspira en un templo clásico y cuenta con una entrada con una pequeña escalinata de piedra volcánica roja, retrocedido en relación al hilo de la calle. En el centro, surge un cuerpo surgente con columnas dóricas y tímpano, mientras que en las alas laterales, acabadas con enlucida con aspecto de piedra lisa, una cornisa sujeta una barandilla con motivos con cómodas que contienen tondos en relieve.

El interior presenta salas simétricas, típicas de la concepción de museos del siglo XIX, a las que, en 1966-73, la arquitecta Giuseppina Marciali añade una ampliación, reutilizando algunos edificios ya existentes y uniendo las nuevas salas con un pasillo más articulado y moderno.