Marmaris Müzesi, tarihi bir mekân olan Marmaris Kalesi'nde hizmet vermektedir.
Kale, Marmaris Limanı arkasında denize hakim konumda, bir yarımada üzerinde inşaa edilmiştir. Marmaris Kalesine ait ilk bilgileri M.Ö. 490-425 yılları arasında yaşayan Halikarnassoslu (Bodrum) tarihçi Herodot vermektedir. Herodot kalenin ilk olarak M.Ö. 3. Binde yapıldığını söyler. Bu dönemde bir Karia Kenti olan Physkos (Marmaris) bugün olduğu gibi Ege Denizi ve Akdeniz arasında bir geçiş noktasıdır.Kentin limanı Rodos ve Mısır’a açılan ticaret yollarıyla çağlar boyunca önemini korumuştur.
Marmaris Kalesi'nin yapımından söz eden tek yazılı kaynak, Evliya Çelebi'nin Seyahatnamesidir. M.S. 17.yy. da Muğla yöresini gezen Evliya Çelebi, ünlü Seyahatname’sinde kalenin 1522 yılında Osmanlı Hükümdarı Kanuni Sultan Süleyman tarafından Rodos seferi sırasında yaptırıldığı ve buranın bir askeri üs olarak kullanıldığını ayrıca düzgün taşlarla örülmüş 400 ayak uzunluğunda bir duvarı olduğunu söylemektedir.
Kaleye çıkan dar ve basamaklı sokağın girişinde Hafsa Sultan Kervansarayı yer alır. Kervansarayın giriş kapısı üzerinde yer alan kitabeden 1545 tarihinde Osmanlı hükümdarı Kanuni Sultan Süleyman tarafından annesi adına yaptırıldığı anlaşılmaktadır. Yapım amacı Rodos seferi sırasındaki konaklama ve ticaret ile ilgilidir. Kervansaray dikdörtgen planlı ve iki katlı olup, yedi küçük bir büyük oda ve bir hamamdan oluşmaktadır. Mekanın alt katları dükkan, üst katları ise konaklama için kullanılmış, üzeri kemerlerle örtülmüştür. Marmaris Kalesi ve Kervansaray, dönemin kompleks yapılarına özgü bir bütünlük göstermektedir.
Kalenin önemli bir kısmı, Birinci Dünya Savaşı sırasında, 1914 yılında bir Fransız savaş gemisinin top atışları ile yıkılmıştır. Cumhuriyet öncesinden başlayarak yakın tarihe kadar içi Marmarisliler tarafından iskan edilen Kalede, 18 konut, bir çeşme ve bir sarnıcın olduğu bilinmekedir.1979 yılına kadar kale içinde ve dışında bulunan 18 adet konut kamulaştırılmıştır.