Centrem činnosti MZM je v současnosti Dietrichsteinský palác na Zelném trhu, vybudovaný v druhém desetiletí 17. století jako místodržitelské sídlo pro kardinála Dietrichsteina. Nyní se v něm nacházejí expozice Pravěk Moravy, podávající přehled vývoje osídlení od prvního výskytu člověka do období před příchodem Slovanů, expozice Velká Morava, dokumentující vývoj slovanského osídlení v rozmezí 6.-10. století a expozice Morava ve středověku, charakterizující změny na tomto území po zániku Velkomoravské říše a obsahující dále základní charakteristiku období 14.-15. století. Přírodních věd se týká mineralogicko-petrografická expozice Svět nerostů, v níž lze obdivovat nerostné bohatství Moravy a Slezska a dále paleontologická expozice Zaniklý život na Moravě dokumentující vývoj během trvání jednotlivých geologických ér. Ani zde, stejně jako v již výše uvedených expozicích, nechybějí zajímavá dioramata.   V Dietrichsteinském paláci má svůj "hlavní stan" Dětské muzeum, pracoviště, které pořádá hojně navštěvované specializované výstavy a další akce pro mládež. Organizuje pravidelné sobotní dopolední programy pro děti (a někdy i jejich rodiče), prázdninové akce, soutěže apod. Ve spolupráci s odbornými odděleními MZM přibližuje dětem hravou formou nejrůznější muzejní obory.