Archeologická sbírka, zahrnující „starou a novou“ sbírku je nejrozsáhlejší muzejní sbírkou s 300 000 inven tárními čísly. „Stará“ sbírka byla shromažďována již od prvopočátku muzea na konci 19. století. Její prvním správcem byl P. Josef Slavíček, který sepsal i první přírustkovou knihu muzea. Na začátku 20. století se do sbírek dostávaly archeologické nálezy od soukromých vlastníků (J. Slavíček, H. Hostinek, K. Koželuha, F. Heidenreich, A. Novotný, ad.). Nevýznamnější část „staré“ sbírky představuje soubor zakoupený od A. Gottwalda v roce 1925 za 100 000,- Kč, obsahující část jeho sbírky z aktivní činnosti na Prostějovsku. Od roku 1924 byl také pověřen systematickým uspořádáním archeologických sbírek.
     Na konci 30. let byla sbírka obohacena o část nálezů z archeologických výzkumů J. Böhma z významné la ténské lokality Starého Hradiska.
     Velkou měrou se o obohacení sbírek zasloužili i muzejní pracovníci (M. Šmíd, A. Prudká), jenž v 80. letech provedli několik systematických výzkumů (např. na katastru Alojzova, Slatinek, Plumlova, atd.)
     V „nové“ sbírce najdeme převážně nálezy ze záchranných archeologických výzkumů od 90. let 20. století, které na Prostějovsku provádí Ústav archeologické památkové péče Brno, pracoviště Prostějov a Muzeum Pro stějovska. V menší míře jsou zastoupeny ve sbírkách předměty získány z povrchových sběrů na archeologických lokalitách.