Die Archäologie bildet einen der ältesten Sammlungsbereiche des Salzburg Museum. Schon zwei Jahre nach der Gründung des Museums 1834 wurde eine erste kleine antiquarische Sammlung eingerichtet. Den Grundstock bildeten Schenkungen aus Privatbesitz, aber auch Teile einer älteren, bereits 1803 unter Erzherzog Ferdinand, Kurfürst von Salzburg, im Hof des Studiengebäudes der Salzburger Universität eingerichteten Sammlung mit römischen Steindenkmälern. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde die Sammlung in zwei Bereiche eingeteilt, in eine Antikenhalle und ein Antikenkabinett, das neben römischen Funden auch prähistorische Funde wie z. B. vom Salzbergbau auf dem Dürrnberg enthielt. 1923 wurde die Trennung von Schau- und Studiensammlung in Depots eingeführt, 1967 wurde die Sammlung durch eine eigene Prähistorische Abteilung erweitert. 2010 erfolgte eine bisher letzte Neustrukturierung der Sammlung. Heute trägt die Sammlung den Namen Fachbereich Archäologie.

Der Fachbereich Archäologie sammelt archäologische Bodenfunde aus Stadt und Land Salzburg und betreut damit ein zentrales Archiv mit archäologischen Quellen zur Geschichte von Salzburg. Das zeitliche Spektrum der Funde reicht von der frühen Menschheitsgeschichte bis in die Gegenwart. Die Bedeutung der Sammlung und die Qualität einzelner Objekte reichen weit über den engeren Raum Salzburgs hinaus. So besitzt das Salzburg Museum österreichweit eine der größten und qualitativ hochwertigsten Sammlungen römischer Mosaiken. Überregionale, ja sogar weltweit relevante Bedeutung besitzt diese Sammlung zudem durch einzigartige Funde aus dem urgeschichtlichen Bergbau, durch Unikate wie dem spätbronzezeitlichen Helm vom Pass Lueg, die keltische Schnabelkanne vom Dürrnberg oder das Zifferblatt einer römischen, ehemals wassergetriebenen astronomischen Uhr.

Die Sammlung beherbergt Bodenfunde jeglicher Art. Neben Einzel-, Grab- und Siedlungsfunden vor allem der prähistorischen und frühgeschichtlichen Epochen enthält sie Zeugnisse der Mittelalter- und Neuzeitarchäologie, der Montanarchäologie, der Stadtkernforschung sowie der Burgen- und Kirchenarchäologie. Neben rein archäologischen Funden beinhaltet die Sammlung aber auch anthropologisches und archäozoologisches Material. Der reiche Bestand an Grabungsunterlagen erwirkt zudem die Unterhaltung eines eigenen umfassenden Dokumentationsarchivs mit Fotos, Plänen und Zeichnungen.

Der Fachbereich führt noch heute wiederholt Grabungen durch und gliedert deren Funde seinen Sammlungen ein. Er übernimmt zudem die Funde aus Grabungen der Salzburger Landesarchäologie und wenn möglich auch jene aus Untersuchungen, die Grabungsfirmen anstellen. So kommen weiterhin noch in großer Zahl neue und wertvolle Fundobjekte hinzu.

Der Fachbereich erfüllt nicht nur die Funktion einer Sammlung, als Forschungseinrichtung ist er auch ein Ort der Wissenschaft und des Dialogs mit der Öffentlichkeit. Er richtet zahlreiche Ausstellungen ein – die urgeschichtliche Sammlung ist seit November 2014 unter dem Titel Zeitsprünge – Ursprünge. Reise in die Urgeschichte Salzburgs im Keltenmuseum Hallein zu sehen –, die Zusammenarbeit mit anderen Museen, mit Universitäten und weiteren Forschungseinrichtungen führt auch dazu, dass museale Arbeit, Forschung und Bildungsauftrag besonders eng verknüpft sind.