Cea mai mare parte a obiectelor din Colecţia Arheologie provin din cercetările arheologice întreprinse de arheologii muzeului începând din 1928, fiind încadrate în două mari categorii:

• Secţiunea de arheologie preistorică şi antică, care cuprinde peste 2400 obiecte, aparţinând epocilor străveche (360 obiecte), bronzului, (112) dacică (96), greceşti (79) şi romane (691). În colecţie se află şi 441 de mulaje şi reconstituiri. Dintre piesele cele mai valoroase amintim-idolul neolitic antropomorf din marmură, de la Reşca-Romula (comuna Dobrosloveni, jud. Olt), plăcuţa votivă din bronz de la Polovragi (jud.Vâlcea) care conține cea mai veche reprezentare a cavalerului trac (danubian) cunoscută până acum (sec. I î.e.n.), placa votivă din marmură (sec. II-III), ilustrând prima reprezentare a zeiţei dalmate Dardanike, descoperită la Reșca-Romula (comuna Dobrosloveni, jud. Olt) în 1975 şi vasul ceramic (cu inscripţii creştine,datat sec. III), descoperit la Copăceni (jud.Vâlcea).
• Secţiunea de arheologie medievală şi modernă conține materialul arheologic rezultat cu precădere din cercetările efectuate în mai multe fortificaţii medievale, precum și curţi nobiliare sau domneşti, mănăstiri fortificate sau cetăţi orăşeneşti, ori în sate, în prezent dispărute. Materialul arheologic este constituit cu precădere din feronerie, ceramică, os lucrat, monede, bijuterii, sticlărie, piatră lucrată şi, în chip excepţional, materiale organice sau praf de puşcă. Ceramica, desigur cea mai numeroasă, este deopotrivă cea mai variată, după pastă, ardere, forme, decor şi, fireşte întrebuinţare. O altă categorie, importantă pentru istoria vieţii cotidiene, inclusiv militare,  dar şi pentru istoria artelor sunt cahlele, plăcile de ceramică utilizate pentru construcția sobelor dar întâlnite și ca elemente decorative în interiorul sau exteriorul locuințelor, cu exemplare deosebite provenind de la Roman (jud. Neamț) sau de la Cetatea Chioarului (jud. Maramureș).