Dział gromadzi zabytki kultur pradziejowych z różnych epok. Dokumentują one dzieje regionu tomaszowskiego od epoki kamienia do średniowiecza. Zbiory pochodzą z wykopalisk archeologicznych oraz przekazanych do działu znalezisk luźnych. Największą część kolekcji stanowią zabytki z kurhanów kultury ceramiki sznurowej znajdujących się na Grzędzie Sokalskiej, badanych przez Muzeum w latach 1988 – 2006, a także zabytki z epoki brązu, okresu wpływów rzymskich i wczesnego średniowiecza pochodzące z wykopalisk w Komarowie, Tyszowcach, Podlodowie, Jurowie i Czermnie.