El Museo de Historia de la Ciudad de Palma se sitúa en la planta baja del castillo, en las estancias que circundan el patio de armas central y se distribuye en 8 salas que corresponden a las diferentes etapas de evolución de la ciudad. Cada sala contiene las piezas impescindibles para entender una época de la historia de la ciudad, un texto significativo, una cronología, un conjunto de paneles explicativos y el nombre que la ciudad adopta en cada una de las épocas históricas.

Sala 1.
Actualmente se usa como salón de actos y sala de proyección de audiovisuales.

Sala 2. Prehistoria
Contiene un conjunto de maquetas de las principales construcciones prehistóricas de Palma: La naveta, el talaiot y las cuevas de enterramiento. Cuenta también con una exhaustiva recopilación de todos los yacimientos prehistóricos conocidos en el municipio de Palma. Los textos se refieren a las dos etapas grandes etapas de la prehistoria en Baleares; la época pretalaiótica y la talaiótica.

Sala 3. PALMA 123 aC ? 902
Incluye desde el nacimiento de la ciudad hasta la conquista musulmana. Mallorca se incorpora al imperio Romano después de ser conquistada por Quinto Cecilio Metelo en el año 123 aC.

La ciudad romana de Palma se encontraba situada en el actual barrio de la catedral, limitando al mar, el antiguo cauce del torrente de "Sa Riera", las actuales calles Miramar y Morey, y las plazas de Cort i Santa Eulália. Toda la ciudad estaba rodeada por muralla.El panel fotográfico muestra algunos de los restos arquitectónicos hallados en el subsuelo del Palacio Episcopal y del Estudi General.

Sala 4. MADINA MAYURQA. 902 ? 1229

En el año 902, las Baleares se incorporan al Emirato omeya de Córdoba. El perímetro urbano que adquiere la ciudad durante estos años, se mantendrá sin grandes cambios hasta principios del siglo XX.

Los textos hacen referencia a los límites de la ciudad, al sistema hidráulico que permitía el aprovechamiento y la recepción del agua en edificios públicos y privados así com en zonas de cultivo.

En las vitrinas pueden observarse algunos conjuntos de cerámica distribuidos según su función: contenedores de agua, cocina o ajuar de mesa.

La maqueta de Medina Mayurqa, representa la ciudad bajo el domino omeya en sus años de esplendor.

Sala 5. LA CIUTAT DE MALLORQUES. 1229 ? 1576
Desde la conquista cristiana hasta la realización del proyecto de la muralla renacentista.

El 31 de diciembre de 1229, las tropas del Rei Jaume I, conquistaron Madina Mayurqa, que desde entonces será llamada "Ciutat de Mallorques". Durante este período el perímetro de la ciudad no fue modificado debido a que en el interior de éstas había suelo sin urbanizar. El trazado urbano se mantuvo durante toda la edad media.

El panel de texto destaca la introducción de un nuevo estilo constructivo; el gótico, haciendo referencias explícitas a las principales construcciones religiosas, civiles y militares como son la Catedral, las primeras iglesias de Palma, la renovación del palacio de la Almudaina y el Castillo de Bellver.

Sala 6. PALMA 1575 -1902

Abarca el período desde la construcción de las murallas de la ciudad 1575 a cargo de Giaccomo Paleazzo, hasta su derribo en 1902.

Durante este período de tiempo, se producen grandes cambios en la estructura urbana de la ciudad entre los que destacan el cambio del cauce del torrente de "Sa Riera" y el nacimiento del Born i la Rambla, y cambia también el urbanismo civil.

En esta sala, destaca en la pared del fondo, el gran cuadro al óleo de la ciudad de Palma, versión pintada del gravado realizado por el canónigo Garau en el año 1644.

Sala 7. PALMA 1902 ? 1960

El siglo XX empieza en Palma con la aprobación del Plan del ensanche que pretende ampliar el espacio urbano hasta conectar la ciudad antigua con los barrios periféricos creados durante el siglo anterior.

El proyecto fue redactado por el ingeniero Bernat Calvet, propuso un ensanche en forma de corona circular que circundava el centro histórico. Su aplicación supuso la eliminación de la muralla.

Los paneles hacen referencia a los tres grandes estilos arquitectónicos de la primera mitad del siglo XX: El modernismo, el regionalismo y el racionalismo.

Entre los objetos artísticos destaca la alegoría a la república, cuadro pintado por Pere Barceló en 1932 que presidió el salón de plenos del Ayuntamiento de Palma.