Το Βυζαντινό Μουσείο Ιωαννίνων βρίσκεται εντός του Αρχαιολογικού Χώρου στο ανατολικό άνδηρο της νοτιοανατολικής ακρόπολης (Ιτς Καλέ) του Κάστρου. Στεγάζεται στο ισόγειο του «Βασιλικού Περιπτέρου», κτηρίου, νεοπαραδοσιακής μορφολογίας, το οποίο κατασκευάστηκε από τον ελληνικό στρατό το 1958 σε σχέδια του αρχιτέκτονα Αλέξανδρου Μπαλτατζή. Τη θέση αυτή καταλάμβανε παλαιότερα στρατιωτικό νοσοκομείο, οικοδομημένο με τη σειρά του επί των ερειπίων του σεραγιού του Αλή πασά, το οποίο καταστράφηκε από πυρκαγιά το 1870. Το 1978 η 8η Μεραρχία το παραχώρησε στο Υπουργείο Πολιτισμού και από το 1995 φιλοξενεί στο ισόγειό του το Βυζαντινό Μουσείο Ιωαννίνων. Στο υπόγειο του κτηρίου χωροθετούνται αποθήκες αρχαιολογικών ευρημάτων και στον όροφο στεγάζονται τα γραφεία και η βιβλιοθήκη του Βυζαντινού Τμήματος της Εφορείας Αρχαιοτήτων Ιωαννίνων.

Το μουσείο διαθέτει ευρύ χώρο υποδοχής, στον οποίο κύρια θέση καταλαμβάνει αποτοιχισμένη τοιχογραφία του όψιμου 19ος αιώνα από οικία των Ιωαννίνων με θέμα τη νίκη του Μεγάλου Κωνσταντίνου επί του Μαξεντίου στη Μουλβία Γέφυρα, έργο αποδοσμένο στον Καλαρρυτινό ζωγράφο Αλέξανδρο Δαμίρη. Ο εκθεσιακός χώρος αναπτύσσεται σε επτά αίθουσες στις οποίες με χρονολογική διάταξη εκτίθενται αρχαιότητες από όλη την Ήπειρο, ενδεικτικές της τέχνης και της ιστορίας της περιοχής από τον 4ο μέχρι τον 19ο αιώνα.

Η αίθουσα των παλαιοχριστιανικών χρόνων περιλαμβάνει αρχιτεκτονικά γλυπτά, κεραμική, νομίσματα και μικροαντικείμενα (ιατρικά εργαλεία, σταθμία) που προέρχονται από την Καστρίτσα Ιωαννίνων, τη Φωτική, τη Γλυκή, το Λαδοχώρι Ηγουμενίτσας και τη Νικόπολη, σημαντικές αρχαιολογικές θέσεις των πρώτων χριστιανικών αιώνων.