Музейную коллекцию древностей начали собирать еще в XIX веке. Ныне она находится в здании Армянского торгового дома (дворец епископа), в исторической части города. Экспонаты равномерно распределены по залам, соответствуя историческим эпохам. Они представляют период раннего палеолита и основываются на находках из древних стоянок. Воссозданные предметы труда и быта, а также тогдашнюю флору и фауну можно увидеть сквозь диораму "Пещера неандертальца". Эпоха мезолита также характеризуется имеющимися древними находками. Период неолита демонстрируют старинные памятники и первобытные орудия убийства в виде каменных топоров и наконечников. Медно-каменный век представлен экспонатами из трипольской культуры (посуда из глины, украшения и другое). Есть большое количество материалов, повествующих о железном веке – это и религиозные атрибуты, и украшения, и домашняя утварь, и оружие. Экспозицию музея завершает черняховская культура с костяными украшениями, керамикой, золотыми ценностями и другими атрибутами первобытных людей. Во дворе также находится выставка языческих идолов, которых нашли на территории Хмельницкой области.