Lietuvos nacionalinio muziejaus archeologijos rinkinys yra vienas seniausių ir gausiausių muziejuje ir pats didžiausias Lietuvoje. Jame sukaupta per 600 tūkstančių archeologinių radinių, datuojamų nuo XI tūkstantmečio pr. Kr. iki XIX amžiaus. Rinkinį sudaro atskiros eksponatų grupės, kurios skiriamos pagal laikotarpius ir temas.

Seniausi archeologijos eksponatai įtraukti į muziejinę apskaitą dar iš Senienų muziejaus atskirų mecenatų kolekcijų, taip pat XIX a. – XX a. pradžioje vykdytų mokslinių ar mėgėjiškų archeologinių tyrinėjimų. Nuo pokario metų archeologijos rinkinys nuolat pildomas radiniais iš kasmet vykstančių archeologinių tyrimų visoje Lietuvoje. Tyrimus vykdo įvairios institucijos ir tyrėjų grupės, ekspedicijas organizuoja taip pat ir patys muziejaus archeologai.

Siekiant atspindėti ir aprėpti augančią Lietuvos archeologijos paveldo medžiagą muziejuje veikia Priešistorinės archeologijos rinkinių bei Viduramžių ir naujųjų laikų archeologijos rinkinių skyriai.

Archeologijos rinkinio pagrindu 2000 m. Lietuvos nacionaliniame muziejuje atidaryta didelė archeologijos ekspozicija, nušviečianti Lietuvos proistorę nuo seniausių laikų iki XIII amžiaus, t. y. Lietuvos valstybės susidarymo. Turtingi rinkiniai leidžia rengti specializuotas parodas tiek pačiame muziejuje, tiek ir užsienyje. Saugomų eksponatų pagrindu publikuojami moksliniai katalogai.

Archeologijos rinkinio studijomis intensyviai naudojasi akademinė ir mokslinė bendruomenė. Plačiajai visuomenei rinkinių medžiaga pristatoma Lietuvos integralioje muziejų informacinėje sistemoje (LIMIS).

Seniausi akmens amžiaus eksponatai: titnaginiai dirbiniai, skeltės ir nuoskalos, raginis kirvis iš šiaurės elnio rago – priskiriami vėlyvojo paleolito pabaigai, datuojami XII–IX tūkstantmečiu pr. Kr. Mezolito laikotarpio rinkinio pagrindą sudaro titnago dirbiniai, taip pat dirbiniai iš kaulo ir rago. Dauguma radinių – iš tyrinėtų pietryčių Lietuvos akmens amžiaus stovyklaviečių. Apie seniausius laidojimo papročius Lietuvos teritorijoje žinome iš Donkalnio mezolito kapinyno. Bene žymiausias radinys – mezolito laikotarpio Donkalnio žynio kapas iš Biržulio apyežerės.

Gausiausias titnaginis neolito laikotarpio inventorius yra iš pietryčių Lietuvos – Merkio upės baseino gyvenviečių. Muziejuje taip pat saugoma didelė akmens amžiaus dirbinių kolekcija iš Žemaitijos – Biržulio ežero baseino, rytų Aukštaitijos – Kretuono ežero baseino, pietų Lietuvos – Šešupės baseino. Unikalūs medžio, kaulo, gintaro dirbiniai iš tyrinėtų Šventosios gyvenviečių, įspūdinga keramikos fragmentų gausa iš Nidos gerokai praplečia mūsų protėvių gyvenimo tiek materialinės, tiek dvasinės kultūros vaizdą. Šventoji ir Nida – didžiausios neolito laikotarpio tyrinėtos gyvenvietės Lietuvoje.