Dział Archeologii zgromadził bardzo liczne zbiory przedmiotów zabytkowych, datowanych od starszej epoki kamienia (paleolit) do okresu nowożytnego. W sumie kolekcja liczy znacznie ponad 250 tys. znalezisk z Chełma i regionu chełmskiego, pozyskanych w ramach własnych prac poszukiwawczych, przekazanych przez inne instytucje badawcze, darowanych przez osoby prywatne. W zdecydowanej większości nie mają one walorów ekspozycyjnych. Są to przede wszystkim niecharakterystyczne ułamki glinianych naczyń oraz odpadki z produkcji krzemieniarskiej – głównie różnego rodzaju odłupki.

Zbiory etnograficzne zgromadzone w muzeum liczą ponad 1200 obiektów. Można podzielić je na dwie grupy:
• zabytki tradycyjnej kultury ludowej,
• wytwory współczesnej sztuki i rękodzieła ludowego.

Do pierwszej, liczebnie największej grupy należą obiekty obrazujące kulturę materialną regionu chełmskiego, gdzie w gospodarce rolniczo-hodowlanej używano jeszcze do niedawna narzędzi i sprzętów wykształconych pod względem formy w czasach feudalnych. Są to zestawy narzędzi sprzężajnych, używanych do uprawy polowej: radła, płużki, pługi, brony (laskowe i beleczkowe), narzędzia do sprzętu uprawianych roślin: sierpy, kosy, do młócenia – cepy. Znajdują się tu także łopaty, motyki, widły samorodne, jak i wykonane przez kowali pracujących na tym terenie, grabie wykonane bez udziału jakichkolwiek elementów z żelaza, a ponadto jarzma do zaprzęgania wołów, końska uprząż, drewniane łopatki do ostrzenia kosy i wykonane z tego samego surowca szufle do wiania (tj. czyszczenia) ziarna, różnego rodzaju pojemniki do przechowywania zboża. Wreszcie – urządzenia do jego domowej obróbki: żarna rotacyjne, w których uzyskiwano grubo mieloną mąkę oraz stępy, służące do otrzymywania kaszy.

Samowystarczalny charakter gospodarki w chełmskich wsiach powodował rozwój rękodzielnictwa. Przemysł domowy i rzemiosło dość szeroko reprezentowane są w zbiorach muzeum. Najwięcej eksponatów zgromadzono z dziedziny tkactwa, plecionkarstwa, garncarstwa, w mniejszym stopniu – kowalstwa, bednarstwa, stolarstwa.

Zbiór ceramiki liczący 133 sztuki pochodzi w większości z Pawłowa, jednego z najstarszych ośrodków garncarskich na Lubelszczyźnie (1646). Są to wyroby głównie powstałe w latach 1930-1970, typowe dla tej dziedziny twórczości ludowej, niegdyś niezbędne w gospodarstwie wiejskim. Kolekcję muzealną reprezentują: miski, dzbanki, dwojaki, makutry, formy do pieczenia ciast, doniczki. Oprócz naczyń użytkowych zgromadzono także wyroby określane mianem galanterii ceramicznej, pełniące funkcje zabawek (gwizdki, okaryny) czy dekoracyjną (postacie ludzkie, figury świętych, ptaki, zwierzęta). Są tu prace artystów, których tradycje warsztatowe sięgają kilku pokoleń. Do grona pawłowskich garncarzy „z dziada-pradziada” należą: Franciszek Kurcewicz, Kazimierz Wanarski, Jan Kwiatkowski, Jan Sławiński, Aleksander Filipczuk, Leszek Kiejda.

Dużą grupę przedmiotów związanych z rzemiosłem stanowią wyroby plecionkarskie z wikliny, słomy i korzeni. Są to przede wszystkim kosze różnego kształtu i przeznaczenia, a także miarki na zboże i mąkę.

Z innych obiektów, z zakresu kultury materialnej wymienić należy dość obszerną kolekcję narzędzi do obróbki lnu: kołowrotki, międlice, cierlice, szczotki, grzebienie, pędzle, motowidła i inne.