Археолошка збирка, коју чини 540 инвентарисаних предмета и исто толико студијског материјала је највећа збирка по броју предмета. Чине је три засебне целине и то: предмети који су добијени на поклон и откупљивани од случајних проналазача са површинског слоја; откупљена збирка Озрена М. Радосављевића из 1986. године; материјал пронађен приликом рекогностикације терена за истраживање Димитрија Мадаса "Археолошки локалитети на територији општине Бела Црква", прослеђен Музеју у периоду 2004 - 2016. Збирку чине претежно археолошки уломци, али и целокупне посуде, као и неколицина предмета од метала. Прегледом ове збирке могуће је пратити континуитет боравка људи у Белоцркванској котлини од неолита до позног средњег века. Како Музеј није никада имао запосленог археолога, сав инвентар археолошких предмета реализован је у сарадњи са колегама из других установа.
Збирка илуструје комплексност и слојевитост налазишта у околини Беле Цркве у хронолошком оквиру од неолита до средњег века.
Из непосредне околине Беле Цркве сачуван је материјал са свега неколико локалитета, претежно неолитски и сарматски. Сиглова циглана је налазиште у источном делу насеља са кога је највећи број предемта у Музеј пристигао током педесетих и шездесетих година двадесетог века откупом од радника тада активне циглане. Налази са овог локалитета су датовани у време неолита, енеолита, као и поједини налази гвозденог доба и периода сармата. Овај локалитет, који је идентификован крајем XIX века, није систематски истраживан, већ се подаци о насељу осим читања самих предмета налазе у старијој литератури. У западном делу насеља, са налазишта Барутана, чувају се предмети сараматске културе, док су са локалитета Шљункара сачувани поједини сарматски гробни прилози.
У околини насељеног места Црвена Црква идентификовано је неколико налазишта: Царина са предметима који потичу из времена неолита, Долић, са бронзанодопским налазима.
На простору између Чешког Села и Банатске Суботице лежи значајно неолитско налазиште "Церовица". Значајан број предмета са овог локалитета сведочи о развијености насеља, као и његовом значају у време развоја. Делови фигурина и амулета пронађених на Церовици су најрепрезентативнији материјал са овог локалитета.
Посебан вишеслојан археолошки простор са пронађеним римско-провинцијским материјалом налази се у непосредној близини Дунава. Римско, средњовковно, а потом и аустријско утврђење, Сапаја је током шездесетих година двадесетог века истражена и потопљена подизањем нивоа реке након изградње термоелектране Ђердап. Са овог локалитета у Музеју се чувају уломци римске луксузне керамике terra sigilata и terra nigra, цигла Клаудијеве VII легије, фубуле и други материјал. Развијено насеље и могуће важна лука на Дунаву је локалитет Ђурица, који је остао претежно неистражен, иако је на површинском слоју пронађен велики број предмета. Претежно керамика, материјал са Ђурице указује на развијену културу бронзаног доба и значајно насеље на реци. У Музеју се чува гробни налаз са Ђурице који чине четири керамичке посуде, а које сведоче о начину сахрањивања у позном бронзаном добу. Такође и бројни примерци инкрустоване керамике, као и посуда које осликавају свакодневни живот становника.
Нарочито значајни локалитети, са којих у Музеју има мало предмета, јесу налазишта у околини Дупљаје. Средњовековни град Дупљаја спада у најзначајније локалитете на територији општине, док је бронзанодопски локалитет Подград познат по проналаску два примерка чувених Дупљајских колица. Осим појединих уломака и узорака керамике из Дупљаје, у археолошкој збирци се чува средњовековни мач, датован XIV - XV век.
Остали локалитети на територији општине су у збирци заступљени претежно у виду уломака и узорака керамике која је проналажена приликом рекогностикације терена.
Археологија је изложена у склопу сталне музејске поставке од отварања 1954. године, са повременим изменама током година. Репрезентативнији предмети попут: реконструисаних урни, различитих посуда и делова фигурина, као и римске и сарматске фибуле и накит су основа поставке археолошких предмета. Од 2012. године у сталној поставци се налази реплика Дупљајских колица, чији оригинал се чува у Народном музеју у Београду, а овде су изложена из разлога што се сматрају једним од најзначајнијих налаза на територији општине Бела Црква.
