Archeologická expozice podává přehled poznatků o archeologických lokalitách ze starší doby kamenné, které byly zkoumány v katastrech Dolních Věstonic a sousedního Pavlova. Světovou proslulost věstonickému nalezišti přinesly systematické výzkumy, které v letech 1924–1938 prováděl Karel Absolon. K jeho nálezům patří také jedinečná Věstonická venuše, soška ženy z pálené hlíny.