Το Αρχαιολογικό Μουσείο του Μαραθώνα βρίσκεται στο Βρανά Μαραθώνα, και στον προαύλιο χώρο βρίσκονται το προστατευμένο με στέγαστρο νεκροταφείο τύμβων της Μέσης Εποχής του Χαλκού (2000-1600 π.Χ.) και ο λεγόμενος τύμβος των Πλαταιέων του 5ου αι. π.Χ.

Στη μόνιμη έκθεση παρουσιάζεται η ιστορία της περιοχής, από τους προϊστορικούς χρόνους μέχρι τη ρωμαϊκή περίοδο μέσα από τα ευρήματα των ανασκαφών της ευρύτερης περιοχής του Μαραθώνα.

Αίθουσα Ι – Το σπήλαιο του Πανός στην Οινόη
Εκτίθενται ευρήματα από το σπήλαιο του Πανός στην Οινόη, το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως χώρος κατοίκησης και ταφής στη Νεότερη και Τελική Νεολιθική περίοδο (5300 – 3200 π.Χ.) έως και την αρχή της Πρώιμης Εποχής του Χαλκού (3200–2700 π.Χ.). Στα κλασικά χρόνια στο σπήλαιο πραγματοποιούνταν λατρεία του θεού Πανός, ο οποίος, κατά τον Ηρόδοτο, θεωρήθηκε ότι βοήθησε τους Αθηναίους στη μάχη του Μαραθώνα (490 π.Χ.). Σημαντικό έκθεμα αποτελεί επιγραφή του 1ου αι π.Χ., ανάθημα τριών Αθηναίων εφήβων, προς στον Πάνα και τις Νύμφες «επί Θεοφήμου άρχοντος» (61/60 π.Χ). Αναφέρεται σε κανονισμούς για το είδος των αφιερωμάτων προς τον θεό και συγκεκριμένα στην απαγόρευση προσφοράς χρωματιστών υφασμάτων.

Αίθουσα ΙΙ – Οι προϊστορικοί χρόνοι
Παρουσιάζονται ευρήματα του τέλους της Νεολιθικής και της Πρώιμης Εποχής του Χαλκού (τέλη 4ης και 3η χιλιετία π.Χ.) από το νεκροταφείο στο Τσέπι και τον οικισμό στην Μπόριζα: μεγάλα και μικρά πήλινα αγγεία, οστέινοι και λίθινες χρωματοτρίπτες, λίθινα εργαλεία, μαρμάρινα ειδώλια και τα χαρακτηριστικά τηγανόσχημα σκεύη με εγχάρακτη και έντυπη διακόσμηση. Τα κτερίσματα των τάφων μαρτυρούν έντονη κυκλαδική επιρροή. Επίσης εκτίθενται χαρακτηριστικά ευρήματα της Μέσης Εποχής του Χαλκού (2000-1600 π.Χ.) και της Ύστερης Εποχής του Χαλκού (1600-1100 π.Χ.) από το νεκροταφείο στον Βρανά και τον οικισμό στο Πλάσι, όπως μινυακοί κάνθαροι, πτηνόμορφες πρόχοι, ψευδόστομοι αμφορείς, λίθινες και χάλκινες αιχμές βελών και χάνδρες από ημιπολύτιμους λίθους.

Αίθουσα ΙΙΙ – Οι ιστορικοί χρόνοι
Από τα νεκροταφεία της ευρύτερης περιοχής του Μαραθώνα, όπου εντοπίζονται οι τέσσερις αρχαίοι δήμοι, γνωστοί ως Τετράπολις του Μαραθώνος, - Μαραθών, Οινόη, Τρικόρυνθος και Προβάλινθος-, εκτίθενται ευρήματα γεωμετρικών, αρχαϊκών και κλασικών χρόνων (10ος – 4ος αι. π.Χ.): πήλινα αγγεία, όπως αμφορείς και πυξίδες με χαρακτηριστική γεωμετρική διακόσμηση, κύπελλα, σκύφοι και οινοχόες με πρώιμες παραστάσεις ανθρώπινων μορφών και ζώων από τα τέλη της γεωμετρικής περιόδου, αρχαϊκά μελανόμορφα αγγεία, καθώς και κλασικά μελανόμορφα και ερυθρόμορφα αγγεία με μυθολογικές και θρησκευτικές παραστάσεις ή θέματα από την καθημερινή ζωή. Ξεχωρίζουν: αρύβαλλος αποτελούμενος από δύο αντίνωτες γυναικείες κεφαλές, ερυθρόμορφη λουτροφόρος με σκηνή θεϊκού γάμου, πήλινα ειδώλια ένθρονης γυναικείας μορφής και χοίρου, ξύλινο πτυκτό κάτοπτρο και ο ενεπίγραφος μάρμαρινος δίσκος του δισκοβόλου Δικαίου, έπαθλο το οποίο ο αθλητής αφιέρωσε σε θεό άγνωστου ιερού στην περιοχή του αρχαίου δήμου της Προβαλίνθου.

Αίθουσα ΙV – Ο Ηρώδης ο Αττικός και η εποχή του
Η αίθουσα είναι αφιερωμένη στον Ηρώδη Αττικό (2ος αι. μ.Χ.), ρωμαίο συγκλητικό, ρήτορα και ευεργέτη πολλών πόλεων και ιερών, ο οποίος καταγόταν από τον Μαραθώνα και κατείχε μεγάλες εκτάσεις και κτήμα με έπαυλη στη θέση Μάνδρα της Γριάς. Παρουσιάζονται εικονιστικές κεφαλές ρωμαϊκών χρόνων, μεταξύ των οποίων αυτές του Ηρώδη Αττικού και του μαθητή του Πολυδευκίωνα, τα αγάλματα του Ηρώδη και της συζύγου του Ρηγίλλης, καθώς και επιγραφή για την πανηγυρική υποδοχή που επιφύλαξαν οι Αθηναίοι στον Ηρώδη μετά από μακροχρόνια απουσία του. Εκτίθενται επίσης: ανεκλιμένη μορφή ανδρός σε πολυτελή κλίνη, από την περιοχή όπου τοποθετείται το ιερό του Απόλλωνος Πυθίου στην Οινόη, ίσως προσωποποίηση του ποταμού Χαράδρου ή τοπικού ήρωα, ακέφαλες ερμαϊκές στήλες, αφιερωμένες στους αγαπημένους μαθητές του Ηρώδη, οι οποίες φέρουν μακροσκελείς κατάρες για όποιον θα τολμούσε να τις φθείρει και ευχές για όποιον τις τιμούν, καθώς επίσης επιτύμβιες στήλες ρωμαϊκών-υστερορωμαϊκών χρόνων.

Αίθουσα V – Ιερό Αιγυπτίων θεών στη Μπρεξίζα Μαραθώνα
Η αίθουσα είναι αφιερωμένη στο ρωμαϊκό ιερό των Αιγυπτίων θεών που ίδρυσε ο Ηρώδης ο Αττικός το 160 μ.Χ. στην ελώδη Μπρεξίζα Μαραθώνα, σε μίμηση του ιερού του Σαράπιδος στο Δέλτα του Νείλου. Εκτίθενται αιγυπτιάζοντα αγάλματα σε υπερφυσικό μέγεθος, που πλαισίωναν σε ζεύγη τους πυλώνες στις εισόδους του ιερού. Τα ανδρικά αγάλματα είναι στον τύπο των Φαραώ και τα γυναικεία στον τύπο της Ίσιδος. Γλυπτό γερακιού απεικονίζει τον Ώρο, γιο του Όσιρι και της Ίσιδος. Στο κέντρο της αίθουσας εκτίθεται μαρμάρινη αιγυπτιάζουσα σφίγγα. Ξεχωρίζει ο ευμεγέθης πήλινος λύχνος με ανάγλυφη παράσταση στον δίσκο, του θεϊκού ζεύγους Σαράπιδος και Ίσιδος.

Αίθουσα Τροπαίου
Στην αίθουσα δεσπόζει τμήμα του τροπαίου που έστησαν οι Αθηναίοι σε ανάμνηση της νίκης τους κατά των Περσών στην περίφημη μάχη του Μαραθώνα (490 π.Χ.). Επρόκειτο για μαρμάρινο αρράβδωτο κίονα, ύψους περίπου 10μ., με ιωνικό κιονόκρανο, τον οποίο έστεφε στην αρχαιότητα άγαλμα της θεάς Νίκης. Σώζονται και εκτίθενται δύο σπόνδυλοι του κίονα και το ιωνικό κιονόκρανο. Αντίγραφο του κίονα του τροπαίου έχει ανεγερθεί στην αρχική του θέση, δίπλα στην εκκλησία της Παναγίας της Μεσοσπορίτισσας.

Σε προθήκες παρουσιάζονται τα ευρήματα από την ανασκαφή του τύμβου των Αθηναίων πεσόντων Μαραθωνομάχων και από τον λεγόμενο τύμβο των Πλαταιέων, μελανόμορφα κυρίως αγγεία που αποτελούσαν προσφορές στους ηρωικούς νεκρούς της μάχης του 490π.Χ.. Στην υπόλοιπη αίθουσα εκτίθενται επιγραφές και μαρμάρινα επιτύμβια μνημεία από την περιοχή του Μαραθώνα.