Il primo nucleo risale alla raccolta lapidaria del Palazzo della Regione dall'abate Giuseppe Furlanetto (1825) presto arricchita dai materiali provenienti dagli scavi in città e nel territorio. Il percorso espositivo inizia dall'epoca preromana, con reperti di gran interesse datati dall'VIII al IV-III sec. a.C. Fra i più interessanti, gli 88 pezzi della tomba dei vasi borchiati, risalente agli inizi del VII sec. a.C. Unica per importanza è la serie di stele funerarie paleovenete, tra cui spiccano quelle di Camin e di Ostiala Galleiana.
Ricchissima la sezione romana, caratterizzata da teste ritratto, statue, rilievi funerari, are votive. Bellissimi il busto di Sileno, il raffinato cippo della danzatrice Claudia Toreuma, la monumentale edicola dei Volumnii. Numerosi i mosaici, esposti a pavimento o in rastrelliera. Nelle sale egizie spiccano le due statue della dea Sakhmet. Altre salette sono riservate ai materiali greci, etruschi, italioti, tra cui va segnalata l'importante raccolta di vasi apuli donata da Calogero Casuccio.
Nel chiostro sono esposte le testimonianze architettoniche d'età romana.