El museo está ubicado en las dependencias del Palacio de Los Segura. Perteneció a una familia enriquecida con la ganadería trashumante, este palacio constituye un ejemplo de palacio rural barroco construido entre los siglos XVI-XVII. Entre sus elementos destacan el bello patio porticado con galerías artesonadas. El museo se estructura en dos salas, a través de sus vitrinas, paneles y montajes audiovisuales, el visitante puede realizar un viaje por el Altiplano de hace 1.5 millones de años, conociendo como era su clima, su flora y la exótica fauna constituida por tigres dientes de sable, hienas gigantes, hipopótamos, rinocerontes y mamuts; en el que nuestros antepasados más remotos vivieron. Por la cantidad y calidad de sus colecciones, este museo es sólo comparable con unos pocos museos de Europa y Norteamérica.
El visitante podrá observar las evidencias del primer poblamiento humano de nuestro continente: las industrias líticas de los yacimientos de Barranco León y Fuente Nueva 3, o el fragmento de cráneo conocido como Hombre de Orce.
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