Primo museo cittadino aperto al pubblico - ora di competenza della Soprintendenza per i Beni Storici, Artistici ed Etnoantropologici di Modena e Reggio Emilia -, è una prestigiosa raccolta che offre un panorama articolato della storia e della società modenese fra età romana e medioevo illustrata da stele, altari, parti di monumenti funerari, sarcofagi, lastre con iscrizioni pubbliche, pietre miliari. La sezione romana consente molteplici approcci alla conoscenza dell'antica colonia romana di Mutina.

La raccolta risale a nuclei già presenti nelle collezioni estensi di Ferrara e nella collezione romana del cardinale Rodolfo Pio da Carpi. Ma soprattutto, sono di particolare interesse i tanti reperti monumentali ritrovati a Modena e nel suo territorio; tra questi la serie dei sarcofagi marmorei di produzione ravennate del II - III secolo d.C.  scolpiti con ritratti e scene figurate, il più ricco nucleo di sarcofagi a livello emiliano. Sarcofagi spesso riutilizzati in epoca medievale e rinascimentale come sepolture per nobili famiglie modenesi, come i Fontana e i Boschetti. La sezione romana prosegue pertanto con continuità in quelle del Medioevo e dell'età moderna, con monumenti e lastre funerarie di  notabili modenesi qui trasferiti dal Duomo e dalle principali chiese cittadine, come Sant'Agostino e San Biagio nel Carmine, componendo uno spaccato di storia cittadina tra Medioevo e Settecento. Fra i monumenti più curiosi, la Croce della Pietra - presso l'angolo nord-est - in pietra d'Istria, documentata dal 1306 ma d'epoca precedente, già sul crocevia tra la via Emilia e le odierne via San Carlo e Farini, che s'innalza su un tratto di antica pavimentazione stradale lastronata, qui ricostruita.