В отдел „Археология“ се съхраняват експонати от периода на VII-то хилядолетие преди Христа до края на Втората българска държава. Те дават възможност да се проследи материалната и духовна култура на населението от региона. Групирани са в следните колекции: Праисторически оръдия на труда от камък, кремък и рог, включващи каменни брадви, чукове и тесли, кремъчни стъргалки, мотички и шила от еленов рог. Антропоморфна и зооморфна идолна пластика от глина. Голяма е колекцията от глинени съдове, разнообразна по форма и предназначение - праисторически, елинистически, римски, ранновизантийски и средновековни. Изкуството е представено с колекция от произведения на каменната пластика, от които по-характерни са: Торсо на бог Асклепий, статуарна група на бог Дионис и свитата му, надписи, оброчни плочки и колекция от бронзова пластика в която се откроява статуйка на бог Хермес. Метални оръдия на труда от епохата на античността и средновековието. Колекция от многобройни разнообразни костени предмети, открити при разкопки на късноантична и средновековна крепост „Туида“, които са доказателство за развитата тук обработка на кост и рог. Богата нумизматична колекция от елинистически, римски, византийски, средновековни и османски монети. Значителен е броят на печатите, от които най-ценен е моливдовулът на княз Борис I. Колекция от антични и средновековни накити. В отдела работят двама специалисти археолози, които организират и участват в археологически разкопки, теренни проучвания, научни конференции, научни четения, кръгли маси и др. научни прояви. Разработват научни публикации за специализирани издания, ИМЮИБ, сп. „Археология“, както и за самостоятелни издания на музея.
