Η συλλογή περιλαμβάνει αγγεία και όστρακα όλων των προϊστορικών περιόδων, ειδώλια (λίθινα και πήλινα, πρωτότυπα και αντίγραφα), λεπίδες και απολεπίσματα οψιανού, χάλκινο πέλεκυ, εκμαγεία σφραγιδολίθων που χρονολογούνται στον 14ο και 13ο αι. π.Χ., παλαιολιθικά και νεολιθικά εργαλεία. Πρόκειται για σύνολα οργανωμένα σε διδακτικές ενότητες (όπως ενδεικτικά, κεραμεική της Εποχής του Λίθου και του Χαλκού). Ιδιαίτερη έμφαση πρέπει να δοθεί στη συλλογή των παλαιολιθικών εργαλείων από την Αιθιοπία, δωρεά της Αικατερίνας Εξάρχου-Gensonnet, η οποία είναι μοναδική στην Ελλάδα.

Εκτίθεται, τέλος, μεγάλη ξύλινη μακέτα του ανακτόρου της Κνωσού, έργο του Ζαχαρία Κανάκη των πρώτων χρόνων της δεκαετίας του '60.

Το υλικό κατανέμεται και παρουσιάζεται είτε κατά περιοχές, είτε κατά χρονολογικές ενότητες, όπως τα νεολιθικά και τα μυκηναϊκά εκθέματα, τα οποία, αν και προέρχονται από περιορισμένο αριθμό θέσεων της Θεσσαλίας και της Αργολίδας, αντίστοιχα, είναι αντιπροσωπευτικά των περιόδων. 

Υπεύθυνη: Αφροδίτη Χασιακού, λέκτορας Προϊστορικής Αρχαιολογίας