Археолошка збирка садржи предмете и фотографије које илуструју археолошку мапу града Прокупља и простор целеТоплице од неолита до краја средњег века.
Предмети датовани у време неолита потичу са налазишта у селу ДоњаТопоница, Мачина, Гласовик и Браник, где су пронађени предмети од кости, камена и печене земље. У збирци се налази велики број антропоморфних и зооморфних фигурина, посуде, алатке и др.
Из времена гвозденог доба у збирци се налазе предмети из дарданске некрополе у Доњој Топоници, урне у којима су сахрањивани, оружје и накит сведоче о материјалној култури становника.
Збирка садржи експонате из римског и рановизантијског периода и времена Сеобе народа. Остава сребрних предмета из Нове Божурне, остаци мозаика из Злате, предмети из Бреговине, Миљковице и других локалитета, који су карактеристични за овај период, као што су фибуле, накит, новац, предмети свакодневне употребе, као и фрагменте камене пластике, олтарских преграда и капитела.
Средњевековном периоду припадају налази са многобројних утврђења, а посебно значајног локалитета манастира Светог Николе у Куршумлији, цркве Св. Мине у Штави и из других цркава и манастира. Такође, део збирке представља материјал са словенске некрополе у Доњој Топоници.
Збирком руководи Сања Црнобрња Красић, виши кустос, археолог
Ковач из Мачине
Најстарија фигурална неолитска пластика у Топлици потиче из села Мачина код Житног Потока и припада винчанској култури (5300-4400.). Ово је фигурина од печене земље, грубе фактуре са примесом песка, боје печења сиво црвенкасте. Представљена је фигура нагог мушкарца, троугласте главе са птичјим ликом, савијених ногу на које је ослонио руке на којима су задебљања, одмах изнад лактова. Око струка је урезана трострука линија. Кичмени стуб је посебно наглашен ребрасто, а на рукама је орнамент изведен урезима.
Сребрна патера
Сребрна патера из оставе у Новој Божурни настала је као продукт галских радионица 2.и 3.века. Дршка постављена у хоризонталној равни са горњом површином рецепијента и подељена у три зоне са рељефним представама: Фелицитас или Фортуна са рогом изобиља, мало светилиште и обредна сцена жртвовања над жртвеником. Реципијент дубок, облика обрнуте зарубљене купе.
Митрина икона
Рељеф посвећен богу Митри. Сцена тауроктоније (убиства бика) представљена на плочи дешава се у правоугаоном простору едикуле, са забатом са горње стране. Средиште сцене заузима Митра који левом ногом клечи на леђима бика, десном руком му задаје ударац. Бог је обучен у фригијско одело на глави има фригијску капу. Са леве и десне стране представљени су дадофори Cautes и Cautopates, верни Митрини пратиоци. Изнад њихових глава представљене су бисте богова Сола и Луне. Икона пронађена у Џугољу, представља провинцијски рад, плитак рељеф у доломиту, датова је у крај четврог века наше ере.