Dopo la morte di Vermiglioli alla direzione del Museo si susseguono illustri personalità del mondo culturale perugino, dallo studioso Ariodante Fabretti (dal 1846 al 1849), al conte Giancarlo Conestabile (dal 1850 al 1877), al conte Giovan Battista Rossi Scotti (dal 1877 al 1881) e a Luigi Carattoli (dal 1881 al 1894), durante la cui direzione passò al Museo la ricca collezione del perugino Mariano Guardabassi, comprendente tra l'altro una eccezionale collezione di gemme. Nel corso dell'Ottocento fu acquisita anche la raccolta etnografica di materiali africani di Orazio Antinori.
Dopo Carattoli il Museo restò per qualche tempo senza direzione finché il Comune nominò una Commissione per il suo riordinamento, di cui fece parte Giuseppe Bellucci, professore e poi più volte rettore dell'Università di Perugia e preside della Facoltà di medicina e farmacia, a cui va ascritto il merito della nuova riorganizzazione delle collezioni e degli ambienti.
Nel 1921, alla sua morte, venne destinata ai Musei la sua ricchissima collezione privata, comprendente, oltre al materiale geologico-paleontologico, materiale preistorico e protostorico proveniente da varie località dell'Italia centrale, acquisita con il contributo dello Stato, della Provincia e del Comune di Perugia a costituire il primo nucleo del Museo preistorico, esposto dapprima a Palazzo Gallenga, poi a Palazzo Donini, mentre la collezione di amuleti fu ceduta al Museo dallo stesso Bellucci per lascito testamentario. Il materiale etrusco-romano rimase in parte nel Palazzo dell'Università, in parte fu trasferito a Palazzo Donini, insieme alla collezione preistorica, finché nel 1948 tutta la raccolta fu trasferita e ordinata nel Convento di San Domenico, sede attuale del Museo archeologico nazionale dell'Umbria.
Alla direzione del Museo etrusco-romano dal maggio 1922 fino almeno all'agosto 1923 fu chiamato Pericle Perali, affiancato nel suo compito dall'assistente Anna Paoletti, che ricoprì questo ruolo fino al 1927, e succeduto nell'incarico dal sindaco Uccelli, che il 31 agosto 1924, inaugurò nel salone centrale di Palazzo Gallenga il Museo preistorico intitolato a Giuseppe Bellucci. Il 30 novembre 1925 il Consiglio comunale di Perugia deliberò di affidare l'incarico della direzione del Museo etrusco-romano e del Museo preistorico all'avvocato Umberto Calzoni, il quale ricoprì questo ruolo fino all'anno della sua morte, nel 1958, dedicandosi particolarmente al Museo preistorico, che si accrebbe allora del materiale proveniente dalle sue ricerche in Umbria e soprattutto sulla montagna di Cetona in Toscana.
Negli anni immediatamente successivi, sfumata la possibilità di adibire a sede dei musei perugini Palazzo Gallenga (già sede del Museo preistorico) e l'ex-Convento di Santa Giuliana, vennero definitivamente sgombrati i locali di Palazzo Gallenga dall'esposizione preistorica della collezione Bellucci, trasferita nei locali attigui al Museo etrusco.
Nel luglio 1938 venne inaugurato dal ministro Bottai, nella sede del Palazzo Donini, il "Museo preistorico dell'Italia centrale", al quale Calzoni lavorava già dal 1936; nel primo piano e nei sotterranei dello stesso palazzo venne trasferito, nel 1944, il materiale del Museo etrusco-romano.
Subito dopo la Guerra, tra il 1945 e il 1952, si decise e si realizzò il trasferimento del Museo nei locali dell'ex Convento di San Domenico che, una volta restaurato, venne inaugurato il 28 settembre 1952, accogliendo i materiali sia etruschi che romani, preistorici e protostorici.
Nel luglio 1955 si stipulò una bozza di convenzione da parte del Comune affinché i locali di San Domenico e i materiali e le collezioni che componevano i Musei civici passassero in proprietà dello Stato. Gli atti di statizzazione occuparono i due anni successivi e condussero, il 1° dicembre 1958, al passaggio allo Stato delle collezioni e dei locali di San Domenico e all'istituzione del nuovo "Museo archeologico nazionale dell'Umbria", sotto la direzione di Umberto Ciotti, ispettore della Soprintendenza archeologica di Roma, distaccato in Umbria come direttore dell'Ispettorato archeologico di Spoleto istituito nel 1949.
A seguito degli scavi e delle ricerche compiuti negli anni recenti, soprattutto dopo l'istituzione nel 1964 dell'attuale Soprintendenza per i beni archeologici dell'Umbria, sono entrati nel Museo molti reperti, provenienti sia da trovamenti fortuiti che, in parte maggiore, scavati con criteri scientifici. In parte essi sono stati esposti nel Museo accanto ai materiali di più antica acquisizione.

(tratto dall'inventario)