Le collezioni archeologiche del palazzo sono una testimonianza sorprendente del passato della Francia, dalle prime tracce della presenza dell'uomo fino agli albori del Medioevo. Tra i pezzi forti: la Venere di Brassempouy, capolavoro dell'arte paleolitica, la testa di un cavallo che nitrisce del Mas-d'Azil, ceramiche gallo-romane, sepolture merovinge, il carro votivo di Mérida... Un punto forte del museo sono le collezioni di incisioni preistoriche su osso e pietra.