Setelah masa kemerdekaan, Jawatan Purbakala mulai membuka kantor di daerah, diantaranya Yogyakarta, Prambanan dan Makassar. Pada 1951, Jawatan Purbakala dilebur menjadi Dinas Purbakala dibawah naungan admanistrasi Jawatan Kebudayaan Kementerian P.P dan K. bersamaan dengan itu di Bali dibentuk Dinas Purbakala Seksi Bangunan yang berlokasi di Desa Bedulu, Blahbatuh, Gianyar, Bali dibawah pimpinan J.C Krijgman. Pemilihan lokasi di Bedulu ini karena banyaknya temuan peninggalan purbakala yang terdapat di daerah ini.

Dinas Purbakala Seksi Bangunan cabang Makassar ini menjadi cikal bakal Suaka Peninggalan Sejarah dan Purbakala Provinsi Bali yang kemudian berubah menjadi Suaka Peninggalan Sejarah dan Purbakala Provinsi Bali-NTB-NTT-TimTim (SPSP Bali-NTB-NTT-TimTim) setelah SK Menteri Pendidikan dan Kebudayaan RI. Nomor: 0767/0/1989, tanggal 7 Desember 1989. Pada Januari 2003, berubah lagi menjadi Balai Pelestarian Peninggalan Purbakala Gianyar (BP3 Gianyar) wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat dan Nusa Tenggara Timur. Pada tahun 2012, berubah menjadi Balai Pelestarian Cagar Budaya Gianyar (BPCB Gianyar) wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat dan Nusa Tenggara Timur. Pada tahun 2015, Balai Pelestarian Cagar Budaya Gianyar (BPCB Gianyar) berubah nama menjadi Balai Pelestarian Cagar Budaya Bali (BPCB Bali), wilayah kerja Provinsi Bali, Nusa Tenggara Barat dan Nusa Tenggara Timur sesuai dengan Peraturan Menteri Pendidikan dan Kebudayaan RI Nomor 11 Tahun 2015.

Karena banyak temuan peninggalan purbakala yang ditemukan oleh BP3 Bali, maka muncullah ide pendirian museum. Museum ini didirikan dengan tujuan menyelamatkan, memamerkan atau memajang benda-benda cagar budaya dari hasil kegiatan pelestarian dilapangan yang dilakukan oleh BP3 Bali selain berfungsi untuk memberikan informasi awal mengenai Benda Cagar Budaya yang ada di Bali.

Pembangunan museum dirintis tahun 1958-1959 yang diprakarsai oleh Dr. R.P Soejono (saat itu menjabat Kepala Kantor Lembaga Purbakala dan Peninggalan Nasional Cabang II Gianyar). Sebagai awal realisasi pendirian museum ini, mula-mula didirikan beberapa bangunan dengan atap ijuk yang terletak di halaman dalam. Bangunan ini dipergunakan untuk menyimpan benda-benda hasil penyelamatan di lapangan seperti beberapa sarkofagus.

Pada masa pimpinan Drs. M.M Soekarto K. Atmojo, pembangunan museum diteruskan dengan pembangunan tembok keliling, pintu masuk berupa candi bentar, sebuah wantilan dengan atap sirap yang terletak di halaman luar sisi selatan, sebuah balai patok dan empat buah bangunan (gedong) di halaman tengah yang kemudian dipergunakan sebagai tempat pameran tetap koleksi. Pada masa kepemimpinannya, museum ini resmi dibuka oleh Dirjen Kebudayaan Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia pada tanggal 14 September 1974 dengan nama Museum Gedong Arca.[1]