В музее хранятся материалы экспедиций Института археологии РАН, Советско-Болгаро-Венгерской экспедиции, совместных экспедиций Воронежского и Уральского университета, Башкирского и Самарского педагогических университетов, других учебных и научных учреждений. На базе фондохранилища кафедры археологии и истории древнего мира и создан в 1983 г. археологический музей. Его первым заведующим был В.И. Беседин. С 1987 по 2000 г. его возглавлял кандидат исторических наук Юрий Дмитриевич Разуваев. В 2000 г. музей возглавил кандидат исторических наук Виктор Николаевич Ковалевский. С 2005 года введена ставка главного хранителя фондов, но должность когорого был принят выпускник кафедры археологии и истории древнего мира Андрей Александрович Припадчев.
Координацию работы Музея осуществляет кафедра археологии и истории древнего мира. В числе важнейших направлений его деятельности - обеспечение научных исследований и учебного процесса, фондовая работа с коллекциями, популяризация археологии.
В коллекциях музея представлены материалы всех археологических периодов, начиная с верхнего палеолита. Однако наиболее полными являются собрания по эпохе бронзы, раннему железному веку и раннему средневековью, отражающих основные направления работ археологов Воронежского университета.
Замечательная коллекция керамики, оружия и орудий труда, украшений получена при раскопках курганов катакомбной, абашевской и срубной культур эпохи бронзы. В их числе уникальный комплекс из захоронения воина-колесничего в Кондрашкинском кургане, материалы одного из крупнейших абашевских могильников - Подклетненского.
Подлинной жемчужиной собрания музея являются материалы Мосоловского поселения - поселка металлургов-литейщиков эпохи поздней бронзы, изученного практически полностью. Полученные при его исследовании свидетельства древнего металлообрабатывающего производства (литейные формы, плавильные чаши, кузнечный инструментарий) по количеству, сохранности и разнообразию не имеют аналогов в Европе.
В коллекциях музея широко представлены материалы из раскопок курганов и городищ предскифского и скифского периодов, в том числе из широко известного могильника "Частые курганы" на окраине Воронежа. Обычная глиняная посуда и костяные изделия в зверином стиле, женские украшения и скифское оружие - лишь небольшая их часть.
Основы собрания древностей сарматского периода заложены около двадцати лет назад, когда были проведены первые раскопки Чертовицких могильников. Сегодня в музее хранятся коллекции из сарматских памятников Воронежской, Липецкой, Тульской и других областей Центральной России.
На протяжении нескольких лет отряд экспедиции Воронежского университета участвовал в работе международной экспедиции по изучению Маяцкого комплекса памятников в Дивногорье (белокаменный замок, обширное селище, могильник). Все материалы этой экспедиции также хранятся в нашем музее.
Изучение славянских памятников на юго-востоке Древней Руси всегда было одним из важнейших направлений работ экспедиции Воронежского университета. В отечественном и зарубежном славяноведении хорошо известны такие памятники как Титчиха, Боршевские городища и могильники. В последние годы коллекции музея пополнились материалами славянского Животинного городища и древнерусского Семилукского городища XII-XIII вв.