Археологическая коллекция является одной из важных составляющих музейного фонда. В археологическом собрании музея собраны древние артефакты, полученные  в результате раскопок археологического памятника местного значения — Надымского городища. Находки представлены бытовыми предметами и утварью, фрагментами одежды и обуви, украшениями, принадлежностями охоты и рыболовства. В коллекции насчитывается более 5000 предметов. Особое место занимают средневековые предметы русского производства: деревянная посуда, фрагменты керамических сосудов и глиняной свистульки, изделия кузнечного производства, детали сундуков и замков, ножи, судовые скобы, иглы. Яркими предметами коллекции являются антропоморфные изображения (идолы). Большинство предметов датируются концом XII — первой третью XVIII вв.