Το Βυζαντινό Μουσείο στεγάζεται σε ένα νέο κτίριο 2.470 τ.μ. με ισόγειο, υπόγειο και όροφο, όπου αναπτύσσονται, εκτός από τον εκθεσιακό χώρο (400 τ.μ.)αποθήκες, εργαστήρια, αναψυκτήριο, αίθουσα πολιτιστικών εκδηλώσεων και περιοδικών εκθέσεων.
Το οικόπεδο έκτασης 5500 τ.μ. αποτελεί δωρεά του Δήμου Διδυμοτείχου για την δημιουργία και στέγαση του Μουσείου. Το κτίριο του Μουσείου αποπερατώθηκε το 2010.
Το Μουσείο παρουσιάζει την ιστορία του Διδυμοτείχου σε μια παράλληλη αφήγηση ξεκινώντας από τον 2ο αι. μ.Χ. όταν ιδρύθηκε στον λόφο της Αγίας Πέτρας η Πλωτινόπολη από τον αυτοκράτορα Τραϊανό. Οι επισκέπτες θα γνωρίσουν πως το Διδυμότειχο ήταν μία από τις σημαντικότερες πόλεις του Βυζαντίου και αποτέλεσε σε διάφορες περιόδους διοικητική και στρατιωτική βάση της Βυζαντινής Αυτοκρατορίας. Έγινε πρωτεύουσα του Βυζαντίου τρεις φορές και είναι το μέρος όπου διάλεξε να στεφθεί αυτοκράτορας ο Ιωάννης Καντακουζηνός διαδεχόμενος τον Ανδρόνικο Γ '.
