Pierwsze badania wykopaliskowe z ramienia Muzeum Lubelskiego przeprowadzono w 1951 r. Odtąd zbiory muzealne, do których wcześniej trafiały wyłącznie zabytki ofiarowane przez miłośników starożytności i przypadkowych znalazców, systematycznie wzbogacają się przede wszystkim o materiały pochodzące z badań terenowych prowadzonych przez pracowników Muzeum.
W efekcie zrealizowanych dotychczas prac badawczych baza źródłowa do poznania pradziejów, okresu średniowiecza i czasów nowożytnych naszego regionu uległa ogromnemu wzbogaceniu zarówno w sensie ilościowym, jak i jakościowym. Wśród materiałów zabytkowych, datowanych w przedziale IX tys. p.n.e. - XIX w. n. e., znajdują się również te pochodzące z badań podejmowanych przez Konserwatorów Zabytków Archeologicznych, Pracownie Konserwacji Zabytków w Lublinie, Instytut Archeologii UMCS, a w ostatnich latach przekazywane także przez prywatne firmy archeologiczne działające na naszym terenie. Do zbiorów archeologicznych w dalszym ciągu trafiają też zabytki przypadkowo odkrywane podczas różnych prac ziemnych.
Zgromadzone muzealia reprezentują wszystkie kultury pradziejowe rejestrowane na Lubelszczyźnie. Oprócz ceramiki, najliczniejszej w inwentarzu kulturowym, w zbiorach znajdują się narzędzia i broń z kamienia, metali oraz kości i rogu a także ozdoby z muszli, kości, miedzi, brązu, żelaza, fajansu, szkła oraz złota, numizmaty. Wśród wielu zabytków najwyższej rangi na szczególną uwagę zasługują:
- unikatowe w skali europejskiej, mające około 5 tys. lat, plastyczne przedstawienie pary zwierząt w zaprzęgu odkryte w Krężnicy Jarej
- jedyny w swoim rodzaju skarb około 1000 paciorków fajansowych sprzed około 3700 lat pochodzący z badań w Horodysku - należy do najstarszych znalezisk szkła na ziemiach polskich
- skarb surowca i wyrobów bursztynowych z Basonii - jedno z największych znanych dotychczas z terenu Europy znalezisk z gotowymi wyrobami bursztyniarskimi datowany na 1 poł. V w. n.e.
Oprócz materiałów zabytkowych przechowuje się dokumentację z badań terenowych oraz archiwum fotograficzne.