Najstarszym segmentem zbiorów archeologicznych są zabytki związane z okresem schyłkowego paleolitu. Obszary dzisiejszego Podlasia nie przypominały wówczas krajobrazów, jakie znamy współcześnie. U schyłku plejstocenu i w początkach holocenu były one bliższe arktycznej tundrze – bezdrzewnemu krajobrazowi o ostrym, chłodnym klimacie.
Kolekcja zabytków archeologicznych związanych z mobilnymi ugrupowaniami łowców reniferów z pewnością nie należy do najliczniejszych i obejmuje wyłącznie wytwory krzemienne. Charakterystyczne ostrza strzał lub oszczepów pochodzą głównie ze znalezisk powierzchniowych dokonanych w bezpośrednim sąsiedztwie głównych rzek regionu – Bugu i Narwi. W zbiorach Działu Archeologii zgromadzono również ciekawsze, znacznie liczniejsze kolekcje. Jedna z nich pochodzi z okolic miejscowości Płonka Strumianka (gm. Łapy), gdzie w tamtym okresie funkcjonowały rozległe pracownie, eksploatujące dobrej jakości surowiec krzemienny zachowany w pobliskiej płycie kredowej. Zbiór kilku tysięcy artefaktów złożony głównie z odpadków poprodukcyjnych i rdzeni (charakterystyczne okazy dwupiętowe) pozyskano na początku lat osiemdziesiątych podczas badań wykopaliskowych prowadzonych przez Ewę Gieysztor-Szymczak.
Z okolic Drohiczyna pochodzi też znacznie skromniejsza liczebnie, jednak istotnie różniąca się, kolekcja ostrzy i narzędzi wykonanych z krzemienia czekoladowego, wydobywanego masowo w rejonie północnego przedpola Gór Świętokrzyskich. Gotowe narzędzia i elementy broni myśliwskiej wraz z ówczesnymi łowcami musiały przebyć kilkaset kilometrów. Porzucone na krawędzi Bugu zostały odnalezione w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia przez Lecha Pawlatę, ówczesnego pracownika Muzeum.
