Зал «Археологические сокровища Оренбуржья» охватывает огромный исторический период древней истории от эпохи камня до позднего средневековья. На выставке представлено более 2000 экспонатов, полученных в результате раскопок многочисленных археологических памятников научными экспедициями Института Археологии РАН (в прошлом Институт Археологии СССР), Оренбургского государственного педагогического университета, Оренбургского краеведческого музея. 

Каменный век представлен коллекциями из раскопок Старо-Токской стоянки и Ивановского поселения в Красногвардейском районе. Эпоху бронзы представляют глиняная посуда, изделия из камня и кости, орудия и оружие из меди и бронзы из курганов, стоянок, поселений, исследованных по берегам Урала, Илека и их притоков. 

К переходному периоду от эпохи бронзы к раннему железному веку относится редкий образец монуменальной скульптуры VII в. до н. э. – Гумаровская стелла, обнаруженная в кургане  у села Гумарово Кувандыкского района.

Наиболее значимую часть археологической выставки составляют скифо-сарматские древности, сформированные в ходе раскопок всемирно известных курганных некрополей: Прохоровка, Покровка, Кардаилово, Липовка, Пятимары, Новый Кумак, Аландское, Филипповка и др. Примером редкой и необычной находки является массивный бронзовый котел, обнаруженный в подземном ходе царского кургана № 1 Филипповского некрополя.