Археологическа експозиция, ул."Богориди" №21 заема централно място в музейната мрежа в Бургаска област. Тук се показват колекции от археологически предмети с много висока стойност, свързани с праисторическите селища в региона от ІV-V хил. пр.Хр.и античните градове от епохата на Древна Тракия, гръцката колонизация на Черно море и от времето на Римската империя. С уникални експонати е представена най-ранната история на корабоплаването по Черно море още в средата на ІІ хил. преди Хр.и развитието на цветущите южночерноморски пристанища на Средновековната Българска държава до падането й под Османско владичество в края на ХІV-средата на ХVв.
Територията на Бургаския регион е кръстопът на древни цивилизации още от края на VІІ -V хил. преди Христа. В експозицията са представени най-ранните находки каменни, кремъчни и костени сечива от новокаменната и каменно - медната епоха. Те са открити в т.нар. "селищни могили" над 100 на брой, образувани в следствие на хилядолетния живот на малки селища, разположени в близост до водоизточник. В Бургаския залив са открити и потънали селища от бронзовата епоха ( ІІІ-то хил. пр. Хр.) Многобройните каменни котви с различна големина говорят за развитие на корабоплаването в залива още в тази ранна епоха. Доказателство за съществуването на търговски контакти на траките със средиземноморския свят в ХV-ХІІІ столетие пр. Хр. е открития край с.Черково, Бургаско, меден слитък от минойски тип.В богатите на медни и полиметални руди странджански ридове живеят тракийските племена "скирмиани" и "тини", които създават най-старите металургични центрове в нашите земи. На тях принадлежат откритите в региона мегалитни гробници от ХІ-VІв. пр. Хр., т. нар."долмени". Един от най-големите и добре запазени долмени, произхождащ от с. Граничар е експониран в лапидария вляво от сградата на музея. Природните богатства и благоприятно географско положение на Бургаските крайбрежни зони привличат гръцки заселници, които след края на VІІв. пр.Хр. създават черноморски търговски колонии, най-известни от които са Аполония Понтийска (Созопол) и Месамбрия (Несебър). В Аполония, която достига своя икономически и културен разцвет още през V в.пр.Хр. е издигнат прочутия храм на Аполон.
Тук била поставена статуя- бронзов колос на Аполон, изваяна от известния античен скулптор Каламис. В експозицията е представена друга статуя на Аполон от архаичната епоха, открита в древното селище Антий при днешната военноморска база Атия. От античното селище наричано "Сладките кладенци", локализирано в днешния бургаски квартал "Победа" произхождат едни от най-красивите червенофигурни съдове, открити по българските земи. В третата зала е представен тракийския култов живот през епохата на римското владичество в Тракия (І-ІІІв.).Два епиграфски паметника, открити в Бургас, свидетелстват за тракийския стратег Аполоний Ептайкент, управлявал по времето на тракийския цар Реметалк І, царувал като римски васал на имп. Октавиан Август и Тиберий. От същото време датира и съкровището, открито в надгобна тракийска могила край Анхиало (Поморие), където била погребана чрез изгаряне тракийската жрица Лесескепра. Името й е изписано с гръцки букви върху чифт златни обеци. Най-голям интерес представляват откритите обредни глинени фигурки, свързани със жреческите и функции. Представите за тракийските култове в този период се допълват от многобройните мраморни релефи и статуетки на различни божества, сред които първо място заема главното тракийско божество - Тракийския конник. В четвъртата зала централно място заемат статуи, архитектурни детайли и др. находки от античния град Деултум, намиращ се на 18 км югозападно от Бургас . Той е създаден през 69 г. от римски войници ветерани от VІІІ Августов легион. С укрепването на неговите граници с малки крепости "бурги" е свързано създаването на селище през ІІІ-ІVв., от което води началото си и името на Бургас. Една от крепостните кули на това селище е запазена и днес в м."Пода" при отока на Мандренското езеро в морето. В експозицията са показани монети, накити и керамика, открити при археологическите разкопки на некропола на античното селище в центъра на града.Християнството е проникнало в бургаските земи още в края на І-ІІ в.Тук до ХV в. функционирали пет епископски центъра- Несебър, Анхиало, Дебелт, Созопол и Ахтопол. Богатата християнска култура в Бургаския регион от ІV до ХVв. е показана чрез фотоси на оригинални паметници, рисунки-графити, стенописи, пластика и погребални дарове от християнски некрополи при църкви и манастирски комплекси. След основаването на Първата българска държава през 681 г., нейният втори владетел хан Тервел през 708 - 716 г. присъединил голяма част от Южното Черноморие. Тогава започнало изграждането на големия пограничен окоп "Еркесия" между България и Византия, чието начало започва от средновековния град Дебелт.