Hierapolis Antik Kenti'nin en büyük yapılarından biri olan Roma Hamamı, 1984 yılından beri Hierapolis Arkeoloji Müzesi olarak hizmet vermektedir. Müzede Hierapolis kazılarından çıkan eserlerin yanında Laodikeia, Colossai, Tripolis, Attuda gibi Lycos (Çürüksu) vadisi antik kentlerinden gelen eserler de bulunmaktadır. Ayrıca Tunç Çağı'nın en güzel örneklerini veren Beycesultan Höyüğü’nden elde edilen arkeolojik buluntular müzenin önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Ayrıca Caria, Pisidya ve Lidya bölgelerindeki bazı yerleşimlerden ortaya çıkarılan eserler Hierapolis Müzesi’nde toplanmış ve sergilenmektedir. Küçük ve büyük birçok eserin sergilendiği müze üç kapalı mekândan oluşmaktadır. Heykeller ve Lahitler Salonu: Bu salon, Hierapolis ve Laodikeia kazılarından elde edilen lahitler, heykeller, mezar taşları, mimari sütun, paye başlıkları ve yazıtlardan oluşmaktadır. Roma dönemine ait bu eserler içinde Tyche, Dionysos, Pan, Asklepios, İsis Rahibesi, Demeter heykelleri bulunmaktadır. Mezar taşları ise yöreye ait geleneği simgeleyen aile mezarları ile ilgili örnekleri oluşturmaktadır. Yöreye özgü geleneğin diğer bir örneği pişmiş toprak lahit olup döneminin güzel örneğini temsil etmektedir. Üzerinde kitabesi bulunan Maximillan'ın lahdi ile Laodikeia Antik Kenti'nde ortaya çıkan ve müzenin en güzel eserlerinden biri olan Sidemara tipi lahit, bir kent meclisi üyesine (Arhon) aittir. Yine bu salonda muhtemelen anıtsal bir yapının Gmaeus Arrius Apuleius Aurelianus'a ait olduğundan bahseden bir yazıt ve bu yazıtla ilgili gladyatör döğüşleri ve boğa oyunları konulu kabartmalar vardır. Küçük Buluntular Salonu : Bu salonda M.Ö. lV. binden sonraki bir çok uygarlığa damgasını vuran küçük buluntular sergilenmektedir. Belirli bir kronolojiye göre sergilenen bu eserler Denizli ve çevresindeki bir çok arkeolojik yerleşimden elde edilen eserlerden oluşmaktadır. Bu salonda, dönemi itibariyle eski uygarlığın güzel örneklerini veren Beycesultan Höyüğü kazısından çıkarılmış olan eserler ayrı bir önem taşımaktadır. İngiliz Arkeoloji Enstitüsü'nün 1952-1957 yılları arasında yaptığı kazı sonunda elde edilen bu eserler; idoller, pişmiş toprak testi ve tören (libasyon ) kapları ve taş eserlerdir. Özellikle M.Ö. lV. binden bu yana en güzel örnekleri bulunmaktadır. Salonun diğer bölümlerinde ise Frig, Hellenistik, Roma, Bizans dönemlerine ait, pişmiş toprak kandiller, adak kapları, cam kapları, kolyeler, madeni takılar (yüzük, küpe, bilezik vb.) sergilenmektedir. Giriş kapısının tam karşısındaki vitrinde ise Denizli Müze Müdürlüğü başkanlığında Denizli Müzesi arkeologlarının yapmış olduğu Gümüşler Kazısı, İcikli Kazısı ve Akköy Bizans dönemi aile mezarı kazısında ortaya çıkarılan; altın küpeler, altın yüzükler, altın elbise süsü ve pişmiş toprak eserler sergilenmektedir. Ayrıca kronolojik bir sıraya göre sergilenmiş olan sikkeler bu salonun önemli eserlerini oluşturmaktadır. Sikkenin ilk darbedildiği M.Ö. Vl. yüzyıldan beri, Hellenistik, Roma, Bizans ve Selçuklu ile Osmanlı dönemlerine ait altın, gümüş ve bronz sikke örneklerini bu salonda görmek mümkündür. Tiyatro Buluntuları Salonu : Hierapolis Tiyatrosu'nun sahne binasının fasadını süsleyen eserler birçoğu restore edilerek müzenin bu salonunda teşhir edilmiştir. Sahne kabartmalarının bir kısmı yerinde (insitu) olup bir kısmının ise mülajları alınarak sahne binasındaki yerine kopyaleri konulmuştur. Bu salonda yer alan eserler; Apollon ile Artemis'e ait mitolojik kabartmalar, Dionysos'un eğlence alayları, Roma İmparatoru Septimus Severus'un taç giyme törenine ait kabartmalar, Persephone'nin Hades tarafından yeraltına kaçırılmasına ait firiz, Apollon, Leto, Artemis, Hades ile ilgili heykeller, sfenksler, Kral Attalos ve Eumenes'in büst heykelleri ile mimari kabartma örnekleri yer almaktadır. Ayrıca kent tanrıçasının (Hierapolis'in) taç giyme töreni ve tiyatro ile ilgili meclis kararlarını belirten yazıtlar önemli eserlerdir.