Археологический фонд музея – самый большой, насчитывает более 100 тыс. единиц хранения и хронологически охватывает время от эпохи палеолита до наших дней. Огромный вклад в его формирование внесли ведущие исследователи сибирских древностей: И.М. Мягков, А.П. Дульзон, Р.А. Ураев, В.И. Матющенко, Ф.И. Мец, Я.А. Яковлев, М.П. Черная, А.И. Боброва, Г.И. Гребнева.

Жемчужиной собрания является коллекция кулайской металлопластики. Кулайская археологическая культура существовала тысячу лет   (V в. до н.э. – V в. н.э.) и была современницей  великих цивилизаций. Отлитые «кулайцами» из бронзы причудливые фигурки животных и мифологических существ поражают своей выразительностью и самобытностью. Заслуга открытия культуры принадлежит И.М. Мягкову.