Im Museum ist das archäologische Erbe von Köln und der Umgebung von der Altsteinzeit bis zum frühen Mittelalter vertreten. 1941 wurde in Köln während des Baus eines Schutzbunkers das Dionysosmosaik entdeckt. Seitdem nimmt es einen besonderen Platz im Museum ein. Die Historiker stellten fest, dass das Mosaik den Fußboden einer reichen Villa von einem uralten Römer im 3. Jahrhundert n. Chr. verziert hat.
Neben dem Gott des Weines sind sein heiliges Tier – ein getigerter Panther, sowie auch Saturn und Mänaden dargestellt. Noch ein Exponat – das «Mosaik der Philosophen». Es wird auf das Jahr 320 datiert und darauf kann man die antiken Denker – Diogenes, Platon und Aristoteles beobachten. Einen großen Platz in der Sammlung nehmen Glasstücke ein. Eine Diatret-Vase, bedeckt mit einem feinen Netzmuster, enthält den Schriftzug auf Griechisch «Trinke, lebe schon immer». Die Aufmerksamkeit zieht auch die Porträtbüste der Gründerin von Köln, Agrippina, auf sich.