Seit einer grundlegenden Sanierung von 2010 bis 2013 präsentiert sich das Kulturhistorische Museum mit den drei Ausstellungsbereichen zu reichsstädtischer Geschichte Mühlhausens, Thüringer Kunst des 20. Jahrhunderts und archäologischen Funden des Unstrut-Hainich-Kreises. Dauer- und Sonderausstellungen verdeutlichen mit den Schwerpunkten Archäologie, Kulturgeschichte und Kunst das Profil der Mühlhäuser Museen und verweisen zugleich auf Spezialthemen, die in den anderen Objekten vorgestellt werden.
Inhaltlich und gestalterisch völlig neu konzipiert, bietet das Museum jetzt auch den jungen Besuchern ein umfangreiches museumspädagogisches Angebot. Neben Hörstationen und Bildergeschichten können Kinder zum Beispiel an einer archäologischen Ausgrabungsstätte selbst Hand anlegen oder sich als Edeldame, Ritter oder Mönch verkleiden. Dabei zeigt Museumsmaskottchen „Adalbert, der reichsstädtische Adler“, wo es etwas zu entdecken gibt.