Након Другог светског рата, 1947. године организује се прва археолошка изложба са предметима из музејског фонда. Археолошка збирка је знатно обогаћена 60-тих година прошлог века откупом збирке Андреаса Мајера, католичког свештеника из Опова.
У претходним деценијама теренска истраживања Народог музеја Панчево су интензивирана, а започето је систематско археолошко мапирање комплетног музејског подручја, у оквиру којег је, до сада, само на простору општине Панчево регистровано око 600 археолошких налазишта.
У данашње време археолошка збирка музеја броји око 8000 регистрованих експоната и још неколико десетина хиљада предмета у оквиру студијске збирке, која се констатно увећава приливом новог археолошког материјала. Археолошка збирка чини целину и садржи предмете из периода од млађег каменог доба до позног средњег века и времена турске доминације у XVI-XVII веку.
Хронолошки најстарији предмети археолошке збирке припадају периоду млађег каменог доба-неолиту, односно старчевачкој и винчанској култури, распрострањеним на простору Баната. Старчевачки предмети потичу са ископавања локалитета Град у Старчеву, а из времена неолитске винчанске културе у збирци се чува већи број земљаних посуда, уломака разноврсне грнчарије, кремених и камених алатки, глинених жртвеника и осталих предмета култне намене, који су откривени приликом ископавања винчанских насеља на локалитетима Трновачка греда код Баранде и Угар у Опову.
Из периода енеолита (бакарно доба) регистрована су налазишта баденске културе (Јабука, Опово), културе Салкуца IV (Баранда) и костолачке културе. У збирци се чувају особени предмети овог периода – тзв. баденске шоље, костолачка инкрустована грнчарија, бакарна шила и секире. За бакарно доба је карактеристична и појава сахрањивања покојника посутих окером, испод великих земљаних хумки, у оквиру окергребер (Јамне) културе. Такви гробови откривени су у Војловици, на Стратишту у близини Јабуке, а најновији гроб откривен је приликом истраживања средњовековне цркве на локалитету Ливаде код Панчева.
Скорија археолошка истраживања на локалитету Доњоварошка циглана код Панчева потврдила су постојање насеља из најраније, панчевачко-омољичке фазе ватинске културе бронзаног доба. Откривено је више десетина објеката (трапова, пећи, различитих укопа) у оквиру економског дела насеља, са бројним покретним археолошким материјалом – уломци грнчарије, кремене и коштане алатке, глинени тегови, пршљенци, камени жрвњеви. Из прелазног периода бронзаног ка старијем гвозденом добу регистроване су некрополе са спаљеним покојницима на локалитетима Виногради у Ковачици, Бели брег у Опову и Рафинерија у Војловици. Откривено је више десетина керамичких урни са остацима спаљених покојника и деловима ношње и накита. Овом периоду припадају и оставе бронзаног накита откривене у Гају и Панчеву.
Античком периоду припадају насеља откривена приликом археолошких истраживања у Селеушу, Јабуци, Долову, Ковачици и Панчеву. Насеља имају седелачки карактер и везују се за етничку групу која се у то време у историјским изворима назива Лимиганти. Некрополе су откривене на локалитетима Рафинерија нафте у Панчеву и у Ковачици. Гробови тог периода богати су налазима разноврсног, раскошно израђеног накита и делова ношње (огрлице са перлама од стаклене пасте, калцедона, ћилибара, наруквице, фибуле, копче, огледала и др.) и могу се повезати са номадском сарматском популацијом.
Средњем веку припадају налази подељени по епохама који тај период чине. Тако времену Сеобе народа припадају случајни налази раскошно израђених делова аварских појасних гарнитура са локалитета Горњоварошка циглана у Панчеву. Посебно се истиче налаз матрице за отискивање појасних језичака. Предмети који се приписују Германима потичу са локалитета Доњоварошка циглана у Панчеву и Старо село у Идвору. Периоду IX-X века припадају три словенске куће откривене на локалитету Доњоварошка циглана у Панчеву, насеље истраживано на локалитету Ливаде код Панчева и бројни површински налази на територији југозападног Баната који указују на постојање насеобина тог периода. Из времена бијелобрдске културе (XI-XIII век) потичу гробља откривена на локалитетима Три хумке код Јабуке, Азотара у Панчеву, Преко Слатине у Омољици и Ливаде код Панчева. У гробовима овог периода проналажен је карактеристичан накит за ово време (прстење, S-наушнице, угарски новац), а издваја се налаз наушнице типа Стењевец откривен у Омољици, до сада први на територији Србије. О распротрањености хришћанства на овом простору у средњем веку сведоче комплетно истражени остаци темеља цркава на локалитетима Преко Слатине у Омољици и Ливаде у Панчеву.
