Археологічний музей розміщений у павільйоні, спорудженому над розкопаними залишками храму ХІ ст., що слугував усипальницею знатним особам Переяславля Руського.

У павільйоні розгорнута експозиція, що висвітлює часовий проміжок від кам’яного віку до епохи раннього заліза та пізньоримського часу. Експонуються фундаменти, залишки стін з фресковим розписом та мозаїчної підлоги, поховань у саркофагах під шиферними плитами.

Представлені окремі знахідки та матеріали з археологічних пам’яток Лівобережжя та Правобережжя Середнього Дніпра: матеріали пізньопалеолітичної Добраничівської стоянки на Супої; мезолітичних та неолітичних стоянок долини Дніпра і Трубежу; колекції кам’яних шліфованих виробів, керамічного посуду, зброї, знарядь та прикрас з міді і бронзи ІІ тис. до н.е.; знахідки з курганів, городищ та поселень лісостепової Скіфії; старожитності скіфського часу роботи античних майстрів: амфори, бронзовий лутерій, аттічний шолом з позолоченої бронзи; кераміка, знаряддя та прикраси пізньозарубинецької культури; матеріали могильників пізньоримського часу, в тому числі одного з найбагатших в черняхівській культурі поховань – глиняний та скляний посуд, прикраси, застібки-фібули, рідкісний набір скляних гральних фішок.

Значна частина експозиції присвячена слов’янам переддержавного періоду та Великокнязівській добі. Експонуються знахідки з поселень київської культури, антів та полян, розкопок давньоруського Переяслава – кераміка, знаряддя праці, прикраси, вироби переяславських майстрів, рідкісні речі культового призначення та інтер’єрів храмів.