Калекцыя аб’ядноўвае матэрыялы, якія датуюцца каменным, бронзавым і жалезным вякамі.  Прыярытэтнымі з’яўляюцца матэрыялы з пахаванняў і выпадковыя знаходкі, як найбольш атрактыўныя і экспрэсіўныя.

Пачаткам фарміравання калекцыі можна лічыць міжваенны перыяд. У гэты час у Беларускі Дзяржаўны Музей паступілі багатыя калекцыі, здабытыя падчас даследаванняў А.Ляўданскага, К.Палікарповіча, І.Сербава і інш. Аднак большая частка калекцыі была страчана ў часы Другой сусветнай вайны. У пасляваенны час яна колькасна і якасна вырасла. Першы запіс у кнізе паступленняў асноўнага фонду музея, які датычыцца калекцыі, належыць каменнай сякеры часоў неаліту – пачатак бронзавага веку, знойдзенай у верасні 1957 г. падчас пракладкі асушальнага канала каля в. Дублін Брагінскага раёна Гомельскай вобласці.

Асабліва інтэнсіўна папаўненне адбывалася ў 1970–1980-я гг. Калекцыя папаўнялася, у асноўным, за кошт перадач матэрыялаў даследаванняў Інстытута гісторыі Акадэміі навук БССР. З канца 1990-х гг. Нацыянальны гістарычны музей штогод ладзіць уласныя экспедыцыі.

Калекцыя прадстаўлена помнікамі каменнага веку (познепалеалітычныя помнікі: паселішчы позняга палеаліту, выпадковыя знаходкі, астэалагічныя знаходкі), помнікамі фінальнага палеаліту і мезаліту, неалітычнымі помнікамі (нёманская культура, днепра-данецкая і верхнедняпроўская культура, краснасельскія шахты, выпадковыя знаходкі), помнікамі бронзавага і жалезнага веку (культура штрыхаванай керамікі, днепра-дзвінская культура, мілаградская і зарубінецкая культура, паморская і вельбарская культуры, кіеўская культура).

Сярод найбольш цікавых музейных прадметаў з калекцыі можна вылучыць мастацкія вырабы з косці эпохі палеаліту (матэрыялы з раскопак са стаянкі Юдзінава Бранскай вобласці), неаліту (археалагічныя матэрыялы з тарфяніковай стаянкі “Крывіна” Віцебскай вобласці, паселішча каля в. Асавец Бешанковіцкага раёна Віцебскай вобласці), бронзавы кельт меларскага тыпу (VIII–VII стст. да н.э.), матэрыялы раскопак помнікаў вельбарскай, зарубінецкай культур.

Можна без перабольшвання казаць аб вядучай ролі калекцыі ў экспазіцыйна-выставачнай і культурна-адукацыйнай дзейнасці музея. Толькі пры іх дапамозе можна весці аповед пра тыя далёкія часы, якія не зафіксаваны ў пісьмовых крыніцах.