Il Museo conserva reperti di arte paleolitica, una collezione di sculture etrusche in nenfro rosa raffiguranti animali fantastici, vasi d’impasto e di bucchero, decorati secondo gusti e tecniche di diversi periodi, dall’età arcaica all’età ellenistica.

Mostra anche alcune testimonianze dell’età romana, alcuni corredi funerari con armi e oggetti d’uso domestico e personale di età longobarda, alcune sculture, già appartenute alla cattedrale di S. Savino a Castro, e degli interessantissimi affreschi risalenti al periodo medievale. Questi ultimi provengono dal romitorio di Poggio Conte, un suggestivo eremo rupestre tra i più interessanti della zona.

Infine, recuperati dalla Piazza Maggiore della distrutta città di Castro, il museo conserva capitelli e modenature appartenuti ad edifici progettati da Antonio da Sangallo il Giovane e una serie di ceramiche provenienti dai butti del Palazzo Farnese.