Archeologické oddělení se specializuje na sběr archeologického materiálu a vlastní vědecký výzkum. Tato činnost zahrnuje oblast Podbeskydí s důrazem na Těšínsko. Při terénním výzkumu spolupracuje oddělení s Jagellonskou univerzitou v Krakově, Slezskou univerzitou v Opavě a muzei ve Frýdku-Místku a Novém Jičíně.

Oddělením uchovávaný archeologický fond má regionální charakter. Obsahuje hlavně archeologické památky z území bývalého bílského vojvodství. Tyto materiály pokrývají všechna období - od nejstarších dokladů pobytu člověka tomto území v době kamenné až po novověk.

Většina fondu oddělení pochází z vykopávek. Je třeba dodat, že významnou část fondu tvoří materiál z vlastního výzkumu starého města v Bílsku a pravěkých lokalit na území Těšínského Slezska.

K nejzajímavějším exponátům patří pravěké památky dokládající nejstarší stopy pobytu člověka v Podbeskydí. Pocházejí z archeologického výzkumu pravěkých lokalit Grodzisko, obec Zátor a Těšín-Krasna. Tyto nálezy jsou doplněny ojedinělými dary z náhodných nálezů, např. kamennými nástroji, včetně sekyrek a sekeromlatů z období neolitu.

Hodnotná je rovněž skupina muzejních artefaktů ze středověkých opevnění v Podbeskydí. Mezi ně patří bohatý soubor památek z hradů v Osvětimi, Bílsku-Bělé, Kobiernicach a tvrzí v obcích Spytkowice, Graboszyce a Czaniec. Za pozornost rozhodně stojí hojný soubor rozmanitých forem keramického nádobí a četné příklady středověkých kovových výrobků, jakými jsou klíče, hroty šipek do kuší, podkovy a jiné.

Mimořádně zajímavá je kolekce kamnových kachlů ze Zámku knížat Sułkowských v Bílsku a tvrze ve Spytkowicích u Osvětimi. K nejhodnotnějším ukázkám z tohoto souboru patří kachle s erby majitelů města Bílska a zajímavé příklady gotických a renesančních kachlů.