Pentru cunoașterea patrimoniului arheologic au fost și sunt organizate zeci de expoziții temporare în și în afara muzeului, la instituții similare din țară și străinătate. Această secție, în integralitatea ei, numără aproape 100.000 de piese, structurate pe următoarele colecții: arheologie, istorie, numismatică, documente, carte veche românească și străină. Aceste colecții acoperă o lungă perioadă de timp, începând din paleolitic și până în zilele noastre.

De la o etapă la alta, patrimoniul secției de Istorie-Arheologie s-a îmbogățit prin donații, descoperiri întâmplătoare, dar mai ales prin cercetări sistematice. O bună parte din aceste obiecte sunt rodul cercetării în teren efectuate de-a lungul timpului în diverse situri din zonă, cum ar fi Bârlad – Valea Seacă (epoca migrațiilor), Banca (epoca migrațiilor), Fântânele (epoca migrațiilor), Prodana (Sec. III d. Hr.), Perieni, Trestiana (neolitic timpuriu) Albești (sec. V – III Î. Hr.) și altele. Muzeul și-a îmbogățit  patrimoniul considerabil datorită și unor colaborări de seamă, printre care îl amintim pe învățătorul Marin Rotaru, care a donat o bogată colecție ce cuprinde vestigii arheologice din toate etapele pre- și protoistoriei, epoca dacică și întreg mileniul I.

În 1958, pe raza orașului Bârlad, sunt realizate săpături arheologice în așezarea din Epoca Bronzului de lângă Fabrica de Cărămidă și în vestita „Cetate de pământ”, construită aici de marele voievod Stefan cel Mare, după bătălia de la Podul Înalt. În 1960 și 1970, au fost organizate săpături arheologice în punctul Prodana, apoi în zona Cazărmi și în centrul orașului, vestigiile recuperate au fost încadrate – începând cu secolele III-IV până în secolul al XVII-lea. Multe alte cercetări, însă, de mai mică amploare (sondaje de salvare) s-au desfășurat la Mălușteni (paleolitic și secolul III d.Hr.), Fântânele-Zorleni (secolele IV–V d. Hr.), la Bursuci (epoca dacică), Banca, de unde provine o descoperire unică în Europa; este vorba de o șarjă de vase rebutate, dintr-un cuptor de ars oale. Între 1961-1965, Muzeul din Bârlad participă la redeschiderea și efectuarea săpăturilor arheologice în renumita așezare neolitică cu ceramică pictată de la Cucuteni-Băiceni, în urma cărora i-a revenit o parte din patrimoniul descoperit. Între 1964-1996, se continuă amintitele cercetări arheologice, a căror rezultate sunt cunoscute în țară și peste hotare, în două situri: Trestiana, neolitic timpuriu – cultura Starcevo Criş și Bârlad-Valea Seacă – așezare și necropolă de la sfârșitul secolului III d. Hr. până la începutul secolului V d. Hr. În 1998, a fost descoperit la Bârlad un bogat tezaur de monede din secolele XVI-XVII. Între 1990 și 2009 s-au desfășurat cercetări arheologice în necropolele din secolul IV d. Hr. de la Pogonești – punctul „La Movilă” și Polocin, punctul „Islaz”, comuna Pogonești, județul Vaslui.

Ca o recunoaștere a importanței descoperirilor arheologice, realizate de specialiștii instituției începând cu anii ’60, în anul 1994, Muzeul a găzduit un important Simpozion Internațional de Arheologie, sub genericul Neoliticul la est de Carpați și zonele limitrofe, eveniment la care au participat importanți specialiști din țară și străinătate.

Începând cu anul 2006, în cadrul Muzeului, și implicit a secției de Istorie-Arheologie, s-a început organizarea unei Sesiuni Naționale de Comunicări și lansarea revistei Acta Musei Tutovensis, care apare anual, și care din 2014 a fost separată de celelalte secții ale Muzeului prin crearea unei serii (Istorie Veche și Arheologie) în care sunt tratate doar chestiuni ce țin de arheologia preistorică și cea a mileniilor I și II d. Hr.