I reperti archeologici, in gran parte statali, sono opportunamente distribuiti in tre sezioni del museo: la preistoria, la protostoria e l'epoca romana. La sezione più antica espone un consistente repertorio litico, che comprende un chopping tool, vari bifacciali e manufatti di tecnica Levallois, inquadrabili nell'ambito del Paleolitico inferiore e medio di Jesi. La civiltà picena trova il suo ampio spazio nella seconda sezione del museo, dove ricchi corredi femminili di Monteroberto e Pianello (Castelbellino) ostentano eleganti fibule di bronzo ad arco ribassato o fogliato, pendenti d'ambra e collane in pasta vitrea. Non mancano le armi, come lance, spade e soprattutto un elmo bronzeo tipo Negau. L'arte di epoca imperiale è rappresentata da una tomba alla cappuccina di Mergo e da un ciclo scultoreo d'età Giulio-Claudia, comprendente statue acefale maschili e femminili elegantemente drappeggiate e pregevoli ritratti di Augusto, Tiberio e Caligola. Completa la raccolta una prestigiosa collezione di ceramica daunia, proveniente da Ascoli Satriano (Foggia).