Zwischen 1896 und 1906 transportierten insgesamt sieben Expeditionen Funde von Ephesos nach Wien. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden diese Funde unter anderem im Schloss Belvedere und in der Antikensammlung des Kunsthistorischen Museums ausgestellt. 1911 musste eine provisorische Ausstellung im Theseustempel wegen Beschädigung der Exponate abgebrochen werden. Eine Auswahl der Objekte wurde zwischen 1934 und 1944 erneut im Tempel ausgestellt. Einige ephesische Skulpturen wurden von 1947 bis 1978 in den Kolonnaden der Neuen Burg ausgestellt, als die gesamte Sammlung schließlich im neu gegründeten Ephesos-Museum eine dauerhafte Heimat erhielt.
Das Museum besitzt Reste des spätklassizistischen Artemis-Altars, darunter eine Skulptur einer Amazone. Treppen führen von der Eingangshalle zu einer großen Kammer, die den Fries des Partherdenkmals von Ephesus enthält. Weitere wichtige Exponate sind ein Modell des antiken Ephesus im Maßstab 1:500 und zahlreiche Skulpturen, darunter eine Bronzestatue eines Sportlers. Ebenfalls im Museum sind architektonische und bildhauerische Kultrelikte aus dem Heiligtum der Großen Götter auf der griechischen Insel Samothrake.
Archäologische Ausgrabungen unter österreichischer Beteiligung werden bis heute in Ephesus fortgesetzt. Die wissenschaftliche Auswertung der Museumsbestände erfolgt in Kooperation mit der Universität Wien, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und dem Österreichischen Archäologischen Institut.