El museo fue construido en 1955 con la finalidad de mostrar los restos óseos humanos más antiguos, en su momento, que se hubieran encontrado en América (7000 años de antigüedad), en el lugar exacto en donde se localizaron, además exhibir restos fósiles de fauna pleistocénica que constantemente se descubrían en las inmediaciones de esta zona. En el Museo de Tepexpan la colección es paleontológica y de lítica, ya que está conformada por restos óseos de animales y humanos y por herramientas de piedra encontrados en el sitio; su temática se centra en la prehistoria de la Cuenca de México. En el recinto se dan a conocer además varias hipótesis del origen de la vida y del hombre, y hay un fotomural donde aparece la cacería del mamut. También se muestran los cráneos humanos de la colección denominada "Cráneos precerámicos", hasta el momento otros de los más antiguos localizados en la Cuenca de México. Además, a través de fotografías se hace una reseña del trabajo de campo, laboratorio y gabinete de los investigadores del INAH. El visitante encontrará una tabla de tiempo geológico que explica la antigüedad de la Tierra, así como las formas de vida que han ido surgiendo, entre ellas el hombre, dotado de la capacidad de crear herramientas para obtener alimento y cazar animales, además de ser capaz de cifrar un lenguaje con elementos simbólicos.

El museo es modernista, compuesto por dos elementos rectangulares de los que el primero está remarcado con una losa sostenida por seis columnas, lo que forma la fachada principal. La primera sala es de exposiciones temporales, para trabajos recientes del Centro INAH Estado de México; admite unos 20 visitantes. En la sala de exposiciones permanentes se conserva el lugar donde el doctor Helmut de Terra y el ingeniero Alberto R.V. Arellano descubrieron, en 1947, los restos del Hombre de Tepexpan (actualmente los de más antigüedad son los del Hombre de Tlapacoya, de casi 12,000 años, descubiertos en 1968).

Los encargados del estudio de los restos humanos y animales de Tepexpan fueron el antropólogo físico Javier Romero Molina, en lo referente a los datos antropológicos, estratigráficamente fue Alberto R.V. Arellano, y geológicamente fue Helmut de Terra. Concluyeron que los restos humanos de Tepexpan corresponden a un Homo Sapiens contemporáneo de los elefantes fósiles y los artefactos de piedra que anteriormente se habían localizado allí mismo, y que vivió en el Pleistoceno (periodo que comenzó hace 2.59 millones de años y terminó en el año 10,000 a.C.). Artefactos de esta época se han encontrado en el suroeste de Estados Unidos, entre otros sitios en las famosas excavaciones de Folsom; pero no se habían localizado entonces, en el vecino país del norte, restos óseos humanos, lo que confirió gran interés al Hombre de Tepexpan.

Después del descubrimiento y su estudio, se propuso la construcción de un museo que diera a conocer la prehistoria de México, el cual se inauguró en 1955 como “Museo de Prehistoria en Tepexpan”.