A gyűjtemény Veszprém megye területén feltárt régészeti leleteket őriz az első földművelők emlékeitől az újkorig. A múzeum és egyben a régészeti gyűjtemény alapját az a mintegy 2500 darabos régiséggyűjtemény képezte, melyet Fraknói Vilmos, a Könyvtárak és Múzeumok Országos Főfelügyelősége főfelügyelője 1903-ban Veszprém vármegye számára felajánlott, és amelyet nem sokkal előbb vásárolt meg a Főfelügyelőség Miháldy István bakonyszentlászlói plébános örököseitől. A gyűjtemény tárgyai (nagyrészt csiszolt kőeszközök) 84 község határából, 140 lelőhelyről származnak. Az alapgyűjtemények rendezése mellett Laczkó Dezső és Rhé Gyula vezetésével mindjárt a kezdetekben megindult az átgondolt, tudatos gyűjtőmunka, ennek egyik első állomása a balácai római villa mozaikjának feltárása volt. Baláca feltárása több ciklusban egészen a legutóbbi időkig folyt, a régészeti gyűjtemény jelentős részét képezik számban és a kiemelkedő darabokat illetően is az ott feltárt leletek. A gyűjtemény egy másik jelentős darabszámú részét a pattintott kőeszközök teszik ki, ezek gyűjtése a legkorábbi időkben elkezdődött és napjainkig a múzeum kutatási tevékenységének egyik fontos irányát jelenti a bakonyi kőnyersanyag előfordulási helyek köré települt neolitikus műhelycentrumok feltárásához kapcsolódóan. Nagyobb egységet képeznek a középső bronzkori mészbetétes kerámiák, elsősorban a Veszprém város területén és Királyszentistvánon feltárt sírok anyaga. Az elmúlt évtizedek kutatásainak eredményeként gazdag anyaggal rendelkezik a gyűjtemény az avar kort illetően, különösen jelentős a Keszthely kultúrának Lesencetomajon feltárt temetője. Veszprém megye közismerten gazdag középkori műemlékekben. Az 50-es, 60-as években, majd az ezredforduló körül folyt várfeltárások (Nagyvázsony, Sümeg, Csesznek, Szigliget), templom- és kolostor-feltárások (Nagyvázsony, Dörgicse, Veszprémvölgy) jelentősen gyarapították a gyűjteményt.

Az utóbbi években a megye területén végzett nagyfelületű megelőző feltárások (Balatonfőkajár, Várpalota) anyaga mennyiségében és ütemében felülmúlja az eddigi gyarapodást, átalakítja a gyűjtemény összetételét.  

A gyűjteményért felelős muzeológus: Regenye Judit