Geležies amžiaus archeologijos rinkinį sudaro radiniai iš tyrinėtų I tūkstantmečio ir II tūkstantmečio pradžios laidojimo paminklų, piliakalnių ir gyvenviečių. Rinkinyje sukaupti radiniai iš visos Lietuvos gentinių regionų. Piliakalnių ir gyvenviečių radinių grupę daugiausia sudaro keramikos dirbiniai ir darbo įrankiai. Muziejuje saugomi radiniai iš Aukštadvario, Nemenčinės, Bradeliškių, Migonių, Pajevonio, Kaukų, Maišiagalos, Imbarės, Eketės, Daubarių, Mažulonių, Bakšių, Paverknių, Vedrių, Opstainio, Zubrių ir kitų vietovių.
Laidojimo paminklai atspindi materialinės ir dvasinės kultūros visumos vaizdą. Mūsų protėviai laidoti su aname pasaulyje reikalingais įrankiais, ginklais, papuošalais, amuletais. Karys dažnai laidotas su savo bendražygiu – žirgu. Geležies amžiaus rinkinyje saugomi eksponatai surinkti iš tyrinėtų paminklų, apimančių visą Lietuvos teritoriją. Iš rytų Lietuvos muziejuje saugoma Kretuonų, Neravų, Taurapilio, Jutonių pilkapių medžiaga, iš vidurio Lietuvos išsiskiria Plinkaigalio kapinyno radiniai. Žiemgalių genties dirbiniai surinkti iš tyrimų Jauneikių, Pamiškių, Linksmučių, Šukionių kapinynuose. Didelę rinkinio dalį sudaro žemaičių genties kapinynų medžiaga iš Bikavėnų, Paprūdžių, Požerės, Žvilių, Žąsino, Upynos, taip pat skalvių genties laidojimo paminklų radiniai iš Kreivėnų, Barzūnų, Šereitlaukio. Savo turtais ir gausa pasižymi ir kuršių genties kapinynai. Vien iš Palangos, Laivių ir Griežės kuršių kapų turima apie 7000 eksponatų.