El edificio que alberga al Museo de Sitio de Ocotelulco recrea la antigua arquitectura provincial de esta población; está pintado con base en colores y diseños de la cerámica prehispánica encontrada en el lugar.

El inmueble fungió como escuela primaria desde principios del siglo XX hasta la década de 1930. Posteriormente quedó en ruinas hasta 1992, cuando el Centro INAH Tlaxcala realizó trabajos de reconstrucción y lo acondicionó para la exhibición de los objetos hallados en el sitio arqueológico.

El espacio que lo circunda es un área con magueyes, árboles frutales de lima, limón y aguacate. Desde allí es posible observar el cerro de La Malinche y parte del valle poblano tlaxcalteca. Fue inaugurado como museo en 1997.

Entre el acervo destaca la cerámica polícroma tipo códice, encontrada durante las excavaciones arqueológicas del sitio tanto en ofrendas como en pasillos e interiores de unidades habitacionales. Estos objetos fueron colocados antes de que los antiguos tlaxcaltecas clausuraran estas áreas para iniciar otras etapas constructivas. El museo se divide en tres secciones temáticas:

Vida cotidiana
Se hace referencia a las actividades cotidianas de los antiguos tlaxcaltecas, sociedad que tuvo su auge durante el Posclásico tardío. La exhibición se apoya en fotografías, objetos cerámicos y artefactos de piedra y hueso.

Religión prehispánica
Se hace énfasis en los aspectos bélicos de los dioses y las ceremonias religiosas de los tlaxcaltecas, que para difundir sus ideas utilizaron la cerámica tipo códice, esculturas de piedra y pintura mural, cuyos vestigios han sido encontrados en el sitio.

Vida colonial
Se destaca el apoyo brindado por los tlaxcaltecas a los españoles para la consecución de la Conquista, la aceptación que hicieron de los símbolos cristianos y la subordinación política al gobierno virreinal. En esta sección se muestran anillos, agujas y engarzadores de cobre, figurillas de barro y objetos cerámicos, además de fotografías de entierros e imágenes religiosas.