La arqueología se presenta en un discurso distribuido en dos salas: la sala de Síntesis y la sala de Enterramientos.
La Sala de Síntesis
Aporta, siguiendo un orden cronológico, la información general sobre el desarrollo de la prehistoria y la protohistoria en el territorio del Montsià y en el tramo final del Ebro. El montaje expositivo y las diferentes vitrinas presentan los restos arqueológicos representativos de cada periodo, para reflejar las características tecnológicas y culturales más relevantes.
Del paleolítico, destacan los restos de industrias de sílex que confirman la presencia de grupos humanos en lugares como la Terrassa de Palau o el Pla d´Empúries, a la orilla del río Ebro en el término de Amposta; en el Clot del Hospital en el interior de Els Ports, en Roquetes; o representaciones artísticas como la pintura de un toro en la Cueva de la Moleta de Cartagena, en la sierra de Montsià, en el término de Sant Carles de la Ràpita.
Durante el neolítico se constata, a partir del testimonio arqueológico, un importante poblamiento en la zona del Ebro, con la existencia de yacimientos como los poblados al aire libre del barranco de Fabra y la Clota del Masdenvergenc, en Amposta; la cueva del Vidre en el macizo de Els Ports, así como los abrigos de la sierra de la Pietat (en Ulldecona y Freginals), donde se han localizado muestras excepcionales del arte pictórico levantino.
Del periodo calcolítico, se exponen los vasos campaniformes localizados en la cueva del Calvari (Amposta), objetos de ornamento como los botones de hueso y herramientas que anuncian el trabajo del cobre, además de otras muestras de cerámica, como las procedentes del Tossal Redó (l´Aldea).
El ibérico es, en las tierras del Ebro, uno de los periodos que se manifiesta con uno de los legados más ricos de la antigüedad. En la zona habitaba la tribu de los ilercavones, que se estructuraba en comunidades jerarquizadas en diferentes clases sociales. Vivían en poblados con un planteamiento urbanístico definido, en colinas, fortificados y situados cerca de las vías de comunicación, desde donde explotaban el territorio circundante. En el Museo se reúnen los restos procedentes de numerosos poblados: la Ferradura y el castillo de Ulldecona, la moleta del Remei de Alcanar, o l´Antic y el castillo de Amposta, entre otros.
Finalmente, se exponen piezas arqueológicas representativas de la época romana, cuando el territorio se estructura a partir del núcleo urbano de Tortosa (Municipium Dertosense) y de las explotaciones agrarias, como la Carrova (Amposta) o el Racó de Mussol (l´Aldea). La producción de aceite, vino y otros productos, como la cerámica, son objetos de un comercio de importación y exportación a escala mediterránea.
La sala de enterramientos.
Expone los principales testimonios materiales de unas creencias religiosas y de un ritual elaborado alrededor de la muerte y de la vida en el más allá. En ella se representa la evolución de los sistemas, prácticas y costumbres funerarias a partir de la reproducción de entierros de cada etapa.
Desde el neolítico, hay reconocido un espacio colectivo para enterrar a los muertos, habitualmente al aire libre, si bien en el calcolítico será en cueva. Durante la prehistoria, el cuerpo del difunto se inhumaba de acuerdo con una creencia de vida física más allá de la muerte. Del neolítico destacan los ajuares y materiales de las necrópolis del barranco de Fabra, del Masdervegenc, el Pla d´Empúries, el Molinàs (Amposta), Mas de Benita (l´Aldea), etc. Estas necrópolis presentan un número y una variedad de formas que no se encuentran en ningún otro lugar del arco mediterráneo próximo. Del calcolítico, los restos expuestos, proceden de la cueva sepulcral del Calvario (Amposta).
En la época ibérica el cuerpo es quemado, siendo el alma la que pervive. El difunto se acompaña de un rico ajuar compuesto principalmente por objetos de uso personal, indicadores de sexo y edad con un valor mágicoreligioso, cerámica y objetos de estatus. Aquí se reúnen los materiales de las necrópolis de Mas de Mussol (l´Aldea), Mianes (Santa Bárbara) y l´Oriola (Amposta), que forman el núcleo más importante de Catalunya y el que ha proporcionado mayor información.