Στις δύο αίθουσες του Μουσείου εκτίθενται ευρήματα που προέρχονται από αρχαιολογικές θέσεις στο νησί και χρονολογούνται από την πρωτοελλαδική περίοδο (2.800-1900 π.Χ.) έως τα ρωμαϊκά χρόνια.

Χαρακτηριστικά αγγεία είναι το κυπριακής καταγωγής φλασκί, η αττική γεωμετρική πυξίδα με ολόγλυφα ιππάρια στο πώμα και το ζωόμορφο ρυτό (τελετουργικό αγγείο) σε σχήμα ίππου.

Το μουσείο περιλαμβάνει τις εξής συλλογές:

Κεραμική της πρωτοελλαδικής περιόδου (2800-1900 π.Χ.) από τη πόλη της Σκύρου, το Παλαμάρι κ.α. . Σημαντικό είναι το ανάγλυφο κυκλαδικό πώμα από το Παπαλαγούδι και το τρωικό "δέπας" από το Παλαμάρι. Εκτίθενται επίσης κυκλαδικές χρωματοθήκες και εργαλεία από οψιανό.

Κεραμική της μυκηναϊκής περιόδου (1600-1100 π.Χ.) από διάφορες θέσεις του νησιού: ασκοί, ψευδόστομοι αμφορείς, αλάβαστρα, σκύφοι κ.α. Εξαιρετικά ενδιαφέροντα είναι τα δύο αγγεία, με παράσταση πλοίου το ένα και ψαριών το άλλο.

Κεραμική πρωτογεωμετρική (11ος-9ος αι. π.Χ.) από τα παραλιακά νεκροταφεία στα Μαγαζιά. Οι σκύφοι, οι πρόχοι, τα μόνωτα υψηλά ποτήρια, οι ωραίες οινοχόες, τα τριφυλλόσχημα μικροσκοπικά αγγεία αλλά και κοσμήματα, όπως τα χρυσά φύλλα και οι σφυκωτήρες για τα μαλλιά, τα περιδέραια από φαγεντιαγή είναι χαρακτηριστικά του πλούτου της περιόδου.

Ευρήματα της πρωτογεωμετρικής και γεωμετρικής περιόδου (900-800 π.Χ.). Ενδιαφέρον παρουσιάζει ο κρατήρας με το θέμα του τροχού, τα χάλκινα βραχιόλια, τα τοπικά χονδροειδή αγγεία, το πρωτογεωμετρικό πινάκιο αριθ. 353.

Πρωτογεωμετρική κυρίως κεραμική από τη θέση Αγία ΄Αννα και τα Μαγαζιά: ένα φλασκί, χρυσός σφηκωτήρας και σκουλαρίκια, δύο νευρόσπαστες κούκλες, χάρτινα βραχιόλια και μια σειρά από ωραία αγγεία: πρόχοι, κύπελλα, υδρία κ.α.

Ευρήματα ρωμαϊκής και αρχαϊκής περιόδου από νεότερες ανασκαφές: κορινθιακοί αρύβαλλοι ευβοϊκής καταγωγής, γεωμετρικές πρόχοι με παραστάσεις αλόγων, θαυμάσιοι σκύφοι με πλούσια κόσμηση, μια ταινία από ήλεκτρο (μείγμα χρυσού και αργύρου), πόρπες και περιδέραια καθώς και εισηγμένα αγγεία από φαγεντιανή.

Αγγεία και άλλα αντικείμενα από την κλασσική και ρωμαϊκή περίοδο (5ος-1ος αι. π.Χ.): αγαλμάτιο γυναίκας κλασσικής περιόδου, ελληνιστικό κεφάλι και αγαλματίδιο παιδιού, κεραμική ελληνιστικής περιόδου, πλαστικό ζωόμορφο αγγείο, ακέφαλο αγαλμάτιο Κυβέλης.

Ενδιαφέροντα είναι τα γλυπτά: κόρη αρχαϊκής περιόδου, ταφική στήλη (480 π.Χ.) που ξανασμιλεύθηκε στους ρωμαϊκούς χρόνους στη πίσω όψη, Θραύσμα κεφαλής κόρης και άγαλμα ίσως Απόλλωνος.

Στην αυλή εκτίθενται αρχιτεκτονικά μέλη και γλυπτά διαφόρων περιόδων καθώς και σαρκοφάγοι από την πρωτογεωμετρική και τη γεωμετρική περίοδο.

Το μουσείο φιλοξενεί τη σπουδαία λαογραφική Συλλογή της Λ. Κωστίρη εις μνήμη του αδερφού της αρχαιολόγου Ι. Παπαδημητρίου.