Archeologijos ekspozicija "Lietuvos proistorė" – tai 12 tūkstančių metų kelionė, prasidedanti nuo seniausio įvykio – kai nuslinkus ledynui Lietuvos teritorijoje pasirodo pirmieji žmonės, ir pasibaigianti geležies amžiuje, kai Lietuvoje susiformuoja baltų gentys, kurių pagrindu tuoj bus kuriama valstybė.

Pirmo aukšto salėje "Lietuva iki Kristaus" lankytojas susipažįsta su seniausiais eksponatais – akmens amžiuje vietos gyventojų naudotais darbo įrankiais ir ginklais. Archeologiniai radiniai, susiję su medžiokle, namų ūkiu, žvejyba, ankstyvąja žemdirbyste, menu, tikėjimu, atskleidžia priešistoriniais laikais Lietuvos teritorijoje gyvenusio žmogaus pasaulėžiūrą. Papildytoje ekspozicijoje pristatomos septynių pačių reikšmingiausių akmens amžiaus radinių kopijos suteikia unikalią galimybę prisiliesti prie to, ką sukūrė pirmykštis žmogus.

Antro aukšto salė "Lietuva iki valstybės susidarymo" apima daugiau kaip tūkstančio metų laikotarpį jau po Kristaus gimimo. Žmonių buities, gyvensenos raida nuo I iki XIII amžiaus išdėstyta atskiromis temomis: mainai ir prekyba, žemdirbystė, metalurgija, ginkluotė, raitelis ir žirgas, verpimas ir audimas, keramika. Lietuvių tautos etninė istorija pristatoma per atskirų baltų genčių: lietuvių, jotvingių-sūduvių, aukštaičių, sėlių, žiemgalių, žemaičių, skalvių, kuršių – archeologinius radinius ir laidosenos papročių kaitą.

Ekspozicija išsamiai pristatoma muziejaus išleistuose Lietuvos proistorės ekspozicijų vadovuose lietuvių ir anglų kalbomis.