Il museo, aperto il 3 novembre del 2006, ha sede nei locali della lampisteria (locale adibito alla conservazione delle lampade e di altri materiali infiammabili) dell’ex miniera. La struttura è anche sede del Centro Italiano della Cultura del Carbone, associazione tra il Comune di Carbonia e il Parco Geominerario storico ed ambientale della Sardegna, costituita nel febbraio 2006, che gestisce l’intera struttura. All’associazione fa riferimento anche l’intero complesso di strutture della ex miniera di Serbariu, comprendente oltre al Museo del Carbone, quello Paleontologico e Speleologico, l’archivio storico comunale, un centro di ricerca sulle tecnologie legate al carbone e altri locali.

Nella lampisteria ha sede l’esposizione permanente sulla storia del carbone, della miniera e della città di Carbonia. Vi si trovano inoltre una collezione di lampade da miniera, attrezzi da lavoro, strumenti, oggetti di uso quotidiano, fotografie, documenti, filmati d’epoca e videointerviste ai minatori. Nella galleria sotterranea sono mostrate le diverse tecniche di coltivazione del carbone utilizzate a Serbariu. La sala argani invece conserva al suo interno l’argano con cui veniva manovrata la discesa e la risalita delle gabbie nei pozzi per il trasporto dei minatori e delle berline vuote o cariche di carbone.