Das Museum unter der Yburg ist in einem historischen Gebäude untergebracht, das um 1620 von Johann Friedrich Thumb zu Neuburg als fränkisches Fachwerkhaus errichtet wurde. Ein Steinmetzzeichen über dem südlichen Eingang geht auf den Baumeister Michael Kern von Forchtenberg zurück. Im Erdgeschoss und im ersten Obergeschoss sind Wandmalereien aus der Entstehungszeit des Hauses erhalten geblieben. Ein Mess- und Fensterladen im Erdgeschoss zeigt spätgotische Stilelemente.
Das Erdgeschoss des Museums ist Sonderausstellungen vorbehalten. Im ersten Obergeschoss werden in einer ständigen Ausstellung Exponate zum Leben des Afrikaforschers Karl Mauch und zu dem Künstler Andreas Friedrich Mochel gezeigt, während das zweite Obergeschoss historische Werkstätten und Räumlichkeiten sowie Ausstellungsgegenstände zum Flachsanbau und zur Flachsverwertung enthält.
Der Gewölbekeller des Museums wird für kulturelle Veranstaltungen genutzt.