Dział Archeologiczny prowadzi od lat intensywne prace badawcze i naukowe. W ich wyniku Muzeum pozyskuje szereg interesujących zabytków archeologicznych, pozwalających na pełniejsze odtworzenie pradziejów Podkarpacia. Najbardziej spektakularny finał badań wykopaliskowych Działu miał miejsce w Trzcinicy, gdzie funkcjonuje obecnie Oddział Muzeum – Skansen Archeologiczny Karpacka Troja oraz na Rynku w Krośnie, gdzie odkryto dom wójtowski z poł. XIV w. oraz renesansowy ratusz. Ekspozycja „Przeszłość ożywiona” odkrywa przed nami historię osadnictwa w regionie od epoki kamienia do początków rozwoju miasta Krosna. Wiele eksponatów, to unikatowe w skali kraju znaleziska, które znacznie wzbogacają naszą wiedzę o Podkarpaciu i życiu jego mieszkańców, jak chociażby zabytki z Hłomczy koło Sanoka, czy z Krosna. Plastyczne aranżacje przenoszą nas w realia odległych epok, a spacer wzdłuż zachowanego fragmentu średniowiecznego muru obronnego Krosna czyni wycieczkę bardzo wyjątkową.
Najstarsze zabytki związane z działalnością ludzką łączone są ze starszą epoką kamienia. Są to głównie kamienne i krzemienne narzędzia, w tym wyroby z szałasu paleolitycznego z Hłomczy. W Muzeum znajduje się zbiór zabytków z młodszej epoki kamienia – głównie toporów i siekier. Wyjątkowym eksponatem jest eneolitczny topór miedziany z Krzemiennej nad Sanem. Zabytki te są wyjątkowo rzadkimi znaleziskami na obszarach leżących na północ od Karpat. Z obszarów Polski znanych jest tylko kilkanaście okazów. Większość z nich to znaleziska luźne. Niedaleko miejsca znalezienia odkryto ślady bogatego osadnictwa datowanego na młodszą epokę kamienia. Okaz z Krzemiennej, jak też inne eneolityczne topory miedziane odkryte na obszarze Polski, stanowią importy z terenów Kotliny Karpackiej. Muzeum posiada dużą ilość zabytków z epoki brązu i wczesnej epoki żelaza. Wśród nich można wymienić eksponaty z osad oraz cmentarzysk ciałopalnych, naczynia gliniane oraz broń, narzędzia i ozdoby z brązu. Wśród nich znajdują się między innymi siekiery, groty włóczni, strzał, różnorodne ozdoby takie jak: szpile, bransolety, naszyjniki, wisiory. Do cennych znalezisk zaliczyć należy skarb ozdób brązowych z Hłomczy koło Sanoka, odkryty na terenie osady z wczesnej epoki żelaza. Został on zdeponowany w naczyniu glinianym. Składa się z 300 ozdób i ich fragmentów oraz 14 paciorków z pasty szklanej. Spośród ozdób wymienić należy bransolety, skręty z druty i taśmy, pierścienie, zawieszki, kolczyki, guzy i paciorki, przy czym część z nich połączona ze sobą, tworzy wisiory złożone z kilku elementów. Interesującym znaleziskiem jest skarb z Lubatówki z wczesnej epoki żelaza. Składa się on z trzech spiralnych bransolet oraz dziesięciu paciorków szklanych. W skarbie zdeponowane zostało także naczynie gliniane służące do warzenia soli. W Muzeum zgromadzone są liczne zabytki z okresu wpływów rzymskich w postaci ceramiki, broni, narzędzi i ozdób, w tym unikatowej zapinki odkrytej na osadzie w Hłomczy koło Sanoka. Zdobiona jest ona elementami srebrnymi – filigranem i granulacją. Na osadach z tych czasów spotyka się wiele tego rodzaju zabytków, jednak niezwykle rzadko są one tak bogato zdobione. Potwierdza to fakt bogatego osadnictwa z tego czasu w dorzeczu górnego Sanu.
Dużą ilość zabytków dostarczyły badania archeologiczne przeprowadzone w środkowym dorzeczu Wisłoki, gdzie odkryto osady związane z działalnością garncarską. Odkryto tam piece garncarskie z dużą ilością materiału zabytkowego – głównie w postaci fragmentów naczyń glinianych z późnego okresu wpływów rzymskich.
Badania archeologiczne prowadzone na wczesnośredniowiecznych grodziskach dostarczyły zabytków w postaci fragmentów naczyń oraz przedmiotów metalowych: broni, narzędzi i ozdób. Muzeum gromadzi zabytki pochodzące z kompleksowych badań archeologicznych prowadzonych na terenie Rynku krośnieńskiego. Dostarczyły one wiele materiału zabytkowego dokumentującego początki miasta. Wśród nich znajdują się naczynia gliniane zachowane w całości jak i we fragmentach, wyroby z kości, drewna, kamienia, szkła, metali – ozdoby, narzędzia i broń. Wśród nich na szczególną uwagę zasługuje puchar ceramiczny typu Dreihausen odkryty w latrynie, zlokalizowanej przy gotyckiej wieży wójtowskiej. Puchar ten, zdobiony plastycznym wyobrażeniem głowy brodatego mężczyzny, wytworzony został na terenie Hesji lub Saksonii w XV w. Zabytek ten jest bezcennym znaleziskiem, który dodatkowo potwierdza udział osadników niemieckich w kształtowaniu początków miasta. Są to bardzo rzadkie znaleziska na terenie Polski. Do cennych znalezisk zaliczyć należy także żelazny, zdobiony grot bełtu kuszy, płytkę ze sceną ukrzyżowania, nóż ze zdobioną mosiądzem rękojeścią, ołowiane plomby kupieckie oraz odważniki, fragment okucia księgi, wyroby z drewna, w tym zdobiona rękojeść pieczęci, naczynia, a także drewniane rury wodociągowe z żelaznymi złączkami, jedne z najstarszych na terenie Małopolski. Badania archeologiczne przeprowadzone w obrębie krośnieńskich latryn, zarówno na terenie Rynku, jak i na jego zapleczu dostarczyły wiele zabytków, które potwierdzają dużą rangę ośrodka miejskiego już w początkach jego kształtowania.
