Arheološka zbirka muzeja danas ima oko 1.300 inventarnih jedinica koje mogu približno rekonstruirati prošlost ovog kraja od neolita do perioda turske uprave.

Zbirka je sačinjena iz nekoliko dijelova:

• praistorijska zbirka,
• rimsko doba i
• srednji vijek.

Praistorijska zbirka raspolaže materijalom od neolita do mlađeg kamenog doba. Neolitski materijal potiče sa naseobine Butmir. Muzej ima određeni broj predmeta sa Butmira (karakteristična keramika i plastika). Materijal metalnog doba potiče sa dvije gradine – Debelo brdo i Ilinjača.
Iz ove faze zbirka raspolaže pretežno primjercima nakita. Preovlađuju fibule, privjesci, pojasevi, ukrasne igle i dugmeta. Arheološki materijal antičke zbirke potiče iz naseobina na Kotorcu, Debelom brdu i Ilidži. U arheološki materijal spadaju mozaici, keramika itd…
Period srednjeg vijeka zastupljen je u nalazima iz tri faze ove epohe: “seobe naroda”, doseljenja slovena i formiranje prvih oblika državne vlasti.
U arheološki materijal spadaju gotske masivne pojasne kopče, srebrne fibule, naušnice, ogrlice, srebrna i pozlaćena dugmad, prstenovi itd… Dio ove zbirke je izložen u stalnoj postavci (depadansu muzeja) Brusa bezistan.