Ubicato nel cuore di Villa Borghese a due passi da Piazza di Siena, l'edificio della Fortezzuola, cosiddetto per la merlatura del muro di cinta, fu dato in concessione all'artista Pietro Canonica nel 1926 ed egli lo utilizzò come laboratorio ed abitazione fino al 1959, anno della sua morte.
Lo scultore donò al Comune di Roma le opere raccolte nell'edificio che oggi costituiscono parte del museo e che sono esposte nelle sale al piano terra. La collezione vanta modelli originali in marmo o in bronzo, bozzetti in gesso, studi e repliche; tra le sculture sono da segnalare l'immagine in marmo di Donna Franca Florio, la Veglia dell'anima in marmo patinato a rappresentare il passaggio dalla veglia al sonno e L'Abisso, modello del gruppo marmoreo presente nella collezione della Banca d'Italia: una coppia di amanti, probabilmente Paolo e Francesca, abbracciati di fronte l'abisso.
Al primo piano è possibile visitare l'appartamento privato e lo studio di Pietro Canonica. Gli ambienti sono stati arredati dall'artista con mobili di pregio, dipinti e arazzi, rispecchiando il gusto dell'epoca.
All'interno del museo si trova anche il deposito delle sculture di Villa Borghese: opere che originariamente decoravano il parco e che oggi sono state sostituite da copie.