Erede delle ottocentesche raccolte civiche di archeologia, il museo, situato nel Palazzo dei Musei, documenta lo svluppo storico della città e del teritorio modenese dal Paleolitico al Medioevo. Dalle asce a mano in selce alla consistente raccolta delle terramare, dai ricchi corredi etruschi alle testimonianze della città romana di Mutina, celebrata da Cicerone. La sezione etnologica è composta da materiali raccolti durante viaggi ed esplorazioni e testimonia culture ormai scomparse o via di estinzione: dalla Nuova Guinea all'America del Sud, all'Africa e all'Asia. Al museo appartiene anche il Lapidario romano, una sala espositiva che espone le testimonianze monumentali delle necropoli di Mutina venute in luce dal secondo dopoguerra ad oggi nelle aree esterne al perimetro della città romana occupate in età imperiale da estese necropoli. Particolarmente rilevanti sono le testimonianze relative alle aree sepolcrali che si trovavano lungo la via Emilia a est della città, tra cui l'imponente ara di Vetilia e lo straordinario fregio con corteo di divinità e mostri marini.