Територията на Бургаския регион е кръстопът на древни цивилизации още от края на VІІ - V хил.пр.Хр. В експозицията са представени най-ранните находки - каменни, кремъчни и костени сечива от новокаменната и каменно-медната епоха. Те са открити в т.нар. "селищни могили" над 100 на брой, образувани в следствие на хилядолетния живот на малки селища, разположени в близост до водоизточник. В Бургаския залив са открити и потънали селища от бронзовата епоха (ІІІ хил.пр.Хр.) Многобройните каменни котви с различна големина говорят за развитие на корабоплаването в залива още в тази ранна епоха. Доказателство за съществуването на търговски контакти на траките със средиземноморския свят в ХV - ХІІІ в.пр.Хр. е открития край с. Черково, Бургаско, меден слитък от минойски тип.

В богатите на медни и полиметални руди странджански ридове живеят тракийските племена "скирмиани" и "тини", които създават най-старите металургични центрове в нашите земи. На тях принадлежат откритите в региона мегалитни гробници от ХІ - VІ в.пр.Хр., т.нар. "долмени". Един от най-големите и добре запазени долмени, произхождащ от с. Граничар е експониран в лапидария, вляво от сградата на музея. Природните богатства и благоприятно географско положение на Бургаските крайбрежни зони привличат гръцки заселници, които след края на VІІ в.пр.Хр. създават черноморски търговски колонии, най-известни от които са Аполония Понтийска (Созопол) и Месамбрия (Несебър). В Аполония, която достига своя икономически и културен разцвет още през V в.пр.Хр. е издигнат прочутия храм на Аполон. Тук била поставена статуя - бронзов колос на Аполон, изваяна от известния античен скулптор Каламис.

В експозицията е представена друга статуя на Аполон от архаичната епоха, открита в древното селище Антий при днешната военноморска база Атия. От античното селище наричано "Сладките кладенци", локализирано в днешния бургаски квартал "Победа" произхождат едни от най-красивите червенофигурни съдове, открити по българските земи.

В третата зала е представен тракийския култов живот през епохата на римското владичество в Тракия (І - ІІІ в.). Два епиграфски паметника, открити в Бургас, свидетелстват за тракийския стратег Аполоний Ептайкент, управлявал по времето на тракийския цар Реметалк І, царувал като римски васал при императорите Октавиан Август и Тиберий. От същото време датира и съкровището, открито в надгобна тракийска могила край Анхиало (Поморие), където била погребана чрез изгаряне тракийската жрица Лесескепра. Името й е изписано с гръцки букви върху чифт златни обеци. Най-голям интерес представляват откритите обредни глинени фигурки, свързани със жреческите и функции. Представите за тракийските култове в този период се допълват от многобройните мраморни релефи и статуетки на различни божества, сред които първо място заема главното тракийско божество - Тракийския конник.

В четвъртата зала централно място заемат статуи, архитектурни детайли и др. находки от античния град Деултум, намиращ се на 18 км. югозападно от Бургас. Той е създаден през 69 г. от римски войници - ветерани от VІІІ Августов легион. С укрепването на неговите граници с малки крепости "бурги" е свързано създаването на селище през ІІІ - ІVв., от което води началото си и името на Бургас. Една от крепостните кули на това селище е запазена и днес в м. "Пода" при отока на Мандренското езеро в морето. В експозицията са показани монети, накити и керамика, открити при археологическите разкопки на некропола на античното селище в центъра на града.

Християнството е проникнало в бургаските земи още в края на І - ІІ в. Тук до ХV в. функционирали пет епископски центъра - Несебър, Анхиало, Дебелт, Созопол и Ахтопол. Богатата християнска култура в Бургаския регион от ІV до ХV в. е показана чрез фотоси на оригинални паметници, рисунки - графити, стенописи, пластика и погребални дарове от християнски некрополи при църкви и манастирски комплекси.

След основаването на Първата българска държава през 681 г., нейният втори владетел хан Тервел през 708-716 г. присъединил голяма част от Южното Черноморие. Тогава започнало изграждането на големия пограничен окоп "Еркесия" между България и Византия, чието начало започва от средновековния град Дебелт.