Археолошка збирка је најбројнија и најразноврснија.са око 3000 пописаних предмета и бројним студијским материјалом. Предмети из ове збирке су у музеј доспели највећим делом као резултат археолоских истразивања, а мањим делом као поклон.

Заступљени су предмети материјалне кулруре од неолита- млађег каменог доба (4500-3000 г.п.н.е.) археолошки локалитет „Стублина“ у Супској код Ћуприје, Халштата и Латена -старијег и млађег гвозденог доба (10.-3.в. п.н.е.), римског (1.-5.в.н.е), средњег века ,турског ,аусртијског и савременог доба.

• Праисторијску збирку чине предмети са археолошког локалитета „Стублина“ у Супској (4500-3000 г.п.н.е.). Већина ових предмета је добијена археолошким истраживањима која су водили Милутин и Драга Гарашанин. Готово сви предмети праисторијске збирке били су део збирке некадашњег ћупријског музеја а чине је употребни и ритуални предмети винчанске културе. Најзаступљенији су делови керамичких посуда жртвеници као и фрагменти карактеристичних фигурина.
• Античку збирку чине предмети са археолошког локалитета " Horreum Margi ", до којих се дошло археолошким ископавањима на овом локалитету у више наврата. Највећи део ове збирке чини камана пластика али су заступљени и метални предмети, углавном оруђа за рад. Од покретних културних добара ,односно екпоната у овој збирци се издваја империјални епиграфски натпис цара Валентинијана из 364. г.н.е.са античким именом града "Horreum Margi" пронађеног 1964. године на локалитету " Касарна" " и рељеф бога Митре, који је пронађен на истом локалитету 1990.године приликом археолошких истраживања.Од непокретних културних добара ту је податак да се сам објекат Музеја налази на источном бедему античког града " Horreum Margi " из 4. в. н.е,а који се наставља на североисточну кулу и северни бедем те римске фортификације. Североисточна кула је одкривена 1989. године након чега је било повремених археолошких ископавања на овом делу локалитета. Значајнија археолошка истраживања урађена су 2018 и 2019. године, тако да је овај објект на адекватнији начин доступан широј јавности. Ово је најистраженији и једини део локалитета античког града "Horreum Margi" који је доступан за јавност, обзиром да се највећи део локалитета налази испод територије Касарне.
• Средњовековну збирку чине предмети нађени приликом археолошких истраживања унутар бедема манастира Раваница, и углавном је чини камена пластика са бифора и трифора цркве Вазнесења пресвете Богородице. У сталној поставци изложени су различити употребни предмети од метала, стакла и керамике.