A Arqueologia ocupa um lugar de destaque no acervo do museu e compreende espécimes que constituem vestígios da pré e proto-história alentejana machados de pedra polida, lápides funerárias epigrafadas da Idade do Bronze e do Ferro, cerâmica, pontas de seta, etc.; do período romano avultam uma importante secção lapidar, capitéis clássicos, cabeças de touro, numismática, cerâmica comum e terra sigillata, do período paleo-cristão fazem parte um conjunto significativo de peças, pilastras, impostas, ábacos e outros elementos arquitectónicos que se encontram em exposição no Núcleo Visigótico do Museu, na Igreja de Santo Amaro; do período árabe existem testemunhos que, embora escassos, atestam a sua presença na região nomeadamente através da cerâmica(talhas, candis, pratos, tigelas, vasos), moedas, moldes, dedais, lápides ou tábuas com escrita árabe; do período medieval salientam-se fragmentos de edifícios religiosos e civis da cidade de Beja, incluindo alguns elementos lapidares e heráldicos, com destaque para os brasões de armas dos infantes D. Fernando e D. Beatriz e um conjunto de estelas discóides medievais esculpidas em calcário da região.