Constituída desde a década de 30 do século XX, esta coleção integra material arqueológico diverso, totalizando 3553 objetos - cerâmica, metal, vidro, entre outros - provenientes de doações de particulares, de recolha e de escavações arqueológicas. Pela sua importância local, regional, mas também nacional, desta coleção destacam-se: as Estelas com escrita do Sudoeste, testemunho da mais antiga manifestação de escrita da Península Ibérica; os potes de cerâmica manual da praia do Forte Novo, datados do Neolítico; as cerâmicas da época islâmica de cariz marcadamente local, das quais são exemplo, uma jarra almorávida, um pote vidrado com seis asas e um cântaro de pasta branca com decoração a vermelho; e um sinete do Convento da Graça que data do séc. XVII.