Зал археологии рассказывает о прошлом человечества с момента его появления 1,5 млн. лет назад в Павлодарском Прииртышье до образования первых кочевых государств. К древнейшему периоду относятся каменные орудия труда, созданные первобытным человеком. О том как выглядели люди жившие 3 тыс. лет назад можно судить по пластической реконструкции охотника энеолита.

Витрины представляющие эпоху бронзы, рассказывают о материальной и духовной жизни андроновских племен, которые оставили после себя уникальные предметы, такие как каменные зернотерки, керамические сосуды украшенные сложным геометрическим орнаментом, орудия металлообработки, а также характерные для того времени украшения, выполненные из бронзы и золота.

Ранний железный век связан с освоением железа и переходом на новое ведение хозяйства – кочевое скотоводство. В степях Центрального, Северного и Северо-Восточного Казахстана в это время господствуют близкородственные племена тасмолинской археологической культуры, впервые открытой на территории Павлодарской области. В экспозиции, выставлены прекрасные образцы военного дела и конского снаряжения, украшения и предметы выполненные в зверином стиле из золота и бронзы.

К интересным экспонатам относятся длинные железные мечи гунно-сарматского времени.

Материальную культуру древних тюрков и кипчаков отражают каменные изваяния мужчин и женщин обнаруженные в Баянаульском р-не на территории Павлодарской области, а также предметы вооружения и конского снаряжения кимаков.