Museets byavdeling består av bygninger fra sentrum i Trondheim og representerer trearkitekturen fra 17- og 1800-tallet. Det gamle Løveapoteket er et eksempel på de store trepaléene typisk for Trondheim. De øvrige bygårdene består av en hovedbygning mot gata og bakgårdsbygninger benyttet til næringsvirksomhet. I Schjølberggården var det fargerivirksomhet i bakgården, mens det i Giedebogården fantes et brennevinsbrenneri mens det var tillatt.

Hans Nissen-gården og Tavern er begge bygninger som museets grunnleggere var opptatt av å redde da det første initiativ til et bygningshistorisk museum ble tatt i 1909. Begge er 1700-tallsbygninger med en spennende historie. Gramgården er den eneste murbygningen i Gammelbyen. Denne gården er rekonstruert, men med originale bygningsdeler. Det fortelles at eieren Jacob Skavland Gram satt trygt inne i murgården ved bybrannen i 1841.

Byavdelingen er under oppbygging. Følgende prosjekt pågår: Giedebogården – en hatte -og modistforretning og Nattmannshuset.

Grunnlaget for vekst og utvikling i byen var knyttet til kontroll med- og utnyttelse av ressursene i omlandet; fisken i havet, metallet i fjellet og skogen. Slik henger byen om omlandet uløselig sammen.