Προϊστορική συλλογή (ανατολική πτέρυγα):

Εκτίθενται ευρήματα της Ύστερης Νεολιθικής εποχής και της Εποχής του Χαλκού. Η έκθεση περιλαμβάνει πήλινα χειροποίητα αγγεία της μεταβατικής νεολιθικής περιόδου από το νησί της Γαύδου, πρώιμα ευρήματα από σπήλαια με εξωκρητικές επιδράσεις (ελλαδικές ή κυκλαδικές), αρχείο πήλινων πηνακίδων Γραμμικής Α γραφής, πήλινων δισκίων και σφραγισμάτων καθώς και ομάδα πινακίδων της Γραμμικής Β γραφής, σειρά αγγείων του τοπικού εργαστηρίου της μινωικής Κυδωνίας, ανάμεσα στα οποία ξεχωρίζει η πυξίδα με την παράσταση κιθαρωδού, συλλογή ανάγλυφων πλακιδίων από δόντι ιπποποτάμου, που βρέθηκαν σε μινωικούς τάφους, κοσμήματα, μινωικές πήλινες λάρνακες και μεγάλοι αποθηκευτικοί πίθοι.

Αρχαιότητες ιστορικών χρόνων (δυτικής πτέρυγα):

Εκτίθενται αρχαιότητες από όλες τις περιόδους των ιστορικών χρόνων. Από τη γεωμετρική περίοδο (10ος - 8ος αι. π.Χ.) εκτίθενται αγγεία, ειδώλια, όπλα και κοσμήματα που προέρχονται κυρίως από τάφους περιοχών του νομού Χανίων, ενώ από την αρχαϊκή περίοδο (7ος - 6ος αι. π.Χ.) ξεχωρίζει τμήμα ζωφόρου των αρχών του 7ου αι. π.Χ., από την πόλη των Χανίων. Η έκθεση περιλαμβάνει, ακόμη, πλούσια συλλογή πήλινων αγγείων, πήλινα γυναικεία ειδώλια και ειδώλια θρηνωδών, χρυσά κοσμήματα (στεφάνια, διαδήματα, ταινίες, ενώτια κ.α.) από τάφους ιστορικών χρόνων στην πόλη των Χανίων, γλυπτά, στήλες, λίθινες επιγραφές από διάφορες θέσεις του νομού καθώς και ψηφιδωτά δάπεδα από την περίοδο της ρωμαιοκρατίας (2ος - 3ος αι. μ.Χ.). Ανάμεσα στα εκθέματα ξεχωρίζει άγαλμα φιλοσόφου ρωμαϊκών χρόνων από την αρχαία πόλη της Ελύρου.