Il Museo Naturalistico-Archeologico, allestito dal 1991 nel complesso dei chiostri di Santa Corona, è suddiviso in due sezioni: Naturalistica e Archeologica. La prima è dedicata all’illustrazione delle caratteristiche del territorio, soprattutto quello dei colli Berici la cui specificità ambientale annovera anche diversi endemismi di flora e di fauna.

Un occhio di riguardo è dedicato ai colli vicentini anche nella sezione Archeologica che ospita nelle sue vetrine una ricca documentazione di strumenti litici, a testimonianza della presenza umana sui Berici fin dal Paleolitico medio, per continuare poi con la presentazione degli abitati neolitici e dell'età del Bronzo delle Valli di Fimon, da dove provengono i famosi vasi a bocca quadrata dell'abitato di Molino Casarotto.

L’età del Ferro è testimoniata da materiali di vari insediamenti tra i quali si segnala quello individuato nel centro della città di Vicenza, nei pressi dell'attuale Piazzetta S. Giacomo, dal quale provengono decine di laminette votive figurate in bronzo che attestano l’attività di questo luogo di culto dal IV al I sec. a. C.

L’età romana è rappresentata soprattutto dai reperti decorativi e architettonici del teatro romano di Berga e da alcuni lacerti musivi provenienti dal centro della città. Da Roma, invece, proviene una collezione di statuaria antica, dono di Gerolamo Egidio Di Velo agli inizi del XIX secolo.

L'esposizione si conclude con una ricca documentazione della presenza dei longobardi nel territorio vicentino.