Il Museo offre un quadro abbastanza completo del popolamento del territorio forlivese dal Paleolitico (sito di Cà Belvedere di Monte Poggiolo, circa 800.000 anni da oggi) al VII sec. d.C. Significativi i materiali dell'Età del Bronzo da Coriano, Bertarina di Vecchiazzano o quelli ascrivibili all'età del ferro in particolare la stele di S. Varano, il pettorale e l'elmo di Carpena, i corredi con armi di Dovadola e le tombe galliche di Rocca San Casciano.

Dalla romana Forum Livi provengono mosaici geometrici in bianco e nero, epigrafi, una bella testa femminile in marmo del I sec. d.C., copia da originale greco. Dal territorio, bassorilievo con scena di sacrificio dalla villa di Fiumana e i mosaici di età teodoriciana da Meldola, oltre al ritratto del c.d. 'Atalarico'. Il museo conserva anche un'interessante documentazione relativa al periodo.

Parte integrante del museo é il Monetiere Santarelli con oltre 7094 monete di epoca romana e medievale provenienti dal territorio. Infine, nell'ambito delle collezioni museali é presente una consistente sezione dedicata alle ceramiche antiche.