临沂市博物馆在孔子庙内，是地质综合性博物馆。临沂历史悠久，文化源远流长，1－2万年前的中石器时期，先民就已在这片土地上繁衍生息创造文明。迄今境内已查明各类文物单位700余处，馆藏各种文物上万件，其中国家一级文物20件，二级文物32件，三级文物362件。
临沂市博物馆的历史可追溯到建国前，据1945年《临沂县志》载“临沂县民众教育馆附设金石保存所两处，博物室一所。”解放后，县文化馆监管文物工作。1960年又在原临沂五贤祠建立文物陈列室和碑廊，并于1963年成立文物收集组。1979年设置文物陈列室，次年建立博物馆。1998年元月迁入孔子庙新馆。
博物馆占地6975平方米，建筑面积2800平方米。大门东耳房为文物商店——文渊阁，经营珠宝首饰、玉镯项链、石刻玉雕、文房四宝、古今字画、碑帖拓片业务，并兼古画修复和文物鉴定业务。大成殿现为博物馆历史文物展览的一、二两展室，已对中外游人开放。整个历史文物展览共分10阁部分：沂沭河流域古人类的起源，源远流长的东夷文化，光辉灿烂的青铜文化、雄浑博大的秦汉文化，光彩夺目的历代瓷器、历代铜镜、历代货币，馆藏书画。馆藏龙山文化时期的代表器物蛋壳陶高柄杯占全国总量的60％。青铜器数量多，造型精美，为商周考古提供了重要的实物资料。临沂市南坊镇洪家店西汉墓中出土的“金镂玉衣”，实为稀世珍宝。历代瓷器、铜镜和货币琳琅满目，美不胜收。黄慎、高凤翰等历代名人书画栩栩如生，令人耳目一新。进得展室，有如展开历史长卷，无不为我国古代勤劳勇敢的民族而骄傲，为古老文明的国度而自豪。二进庭院正面为明伦堂，面阔5间，单檐硬山，为清代重修，现为艺术家、书画家、收藏家们，收藏的奇石、盆景、根艺、书画等珍品展览之用。
全部馆藏文物共用10080余件，其中，国家级文物314件，一级藏品有石钺、玉铲、蛋壳黑陶、镂空高柄杯、白陶双层口、青铜、金镂玉衣等27件。此外，还有5000年的龙山文化玉、石、骨、角、陶器，有5000－7000年前的大汶口文化石、骨、陶器，有7000年前的北辛文化石磨盘和磨，有1200万年前的牛、马牙齿化石，有6亿年前的三叶虫化石等。其中蛋壳黑陶、金镂玉衣等文物，多次被国家文物局调到日本等国家展出。
大成殿和明伦堂的西侧为汉代画像石廊，廊内镶嵌着自建国以来我市出土的不同内容和不同雕刻技法的画像石。东廊内镶嵌着大量的佛像和碑刻。为研究我国古代的政治、经济、军事、文化等提供了大量的实物资料。
三进庭院的办公楼为二层式仿古建筑，博物馆的管理、保护和研究机构均设在这里。
