Nella sezione di età preistorica e protostorica del museo viene illustrata l'evoluzione dell'insediamento umano dai primi villaggi sparsi nel territorio fino alla fondazione nell'età del Ferro del primo nucleo abitativo. Fra i pezzi di maggior valore si trova la Falera d'argento, lavorata a sbalzo, della metà del I secolo a.C., utilizzata nella bardatura dei cavalli per coprire gli incroci dei finimenti. Essa è ornata sulla fascia da teste umane stilizzate.

Fra i ricchi arredi scultorei della basilica di San Salvatore si stagliano per raffinatezza e precisione due lastre a forma di trapezio in marmo proconnesio, raffiguranti due pavoni. Mentre una lastra è giunta a noi integra, dell’altra si possiedono solo alcuni frammenti. L’opera è ricca di valori simbolici, secondo un’iconografia ricorrente nell’altomedioevo e di origine paleocristiana, che attribuisce al pavone il significato allegorico della resurrezione e dell’immortalità dell’anima. Le viti che li circondano invece sono tradizionalmente ricondotte al simbolo della Passione di Cristo. Gli studiosi ritengono che le due lastre fungessero da parapetto delle scale d’accesso di un ambone, collocato all’interno della chiesa, che si prestava per la lettura di testi sacri e la recita delle omelie.

Custodita nell’aula inferiore di Santa Maria in Solario, la Lipsanoteca faceva parte del cosiddetto Tesoro di Santa Giulia, una raccolta di rari oggetti liturgici risalente alle origini del monastero. Si tratta di un cofanetto d’avorio, di forma rettangolare che doveva prestarsi da custodia di protezione di reliquie, come si evince dalla stessa etimologia del nome, di origine greca, composto da léipsanon, che significa reliquia, e théke, ovvero contenitore. Fu eseguita da una bottega dell’Italia settentrionale, probabilmente milanese, nella seconda metà del IV secolo, sotto l’episcopato di Sant’Ambrogio. La ricchezza del materiale, l’alto livello di esecuzione e la preziosità della decorazione determinano l’importanza e la rarità di questo manufatto.

Fra i pezzi di maggior valore della sezione romana del museo spiccano una serie di ritratti imperiali in bronzo, rinvenuti nel 1826 presso le rovine del Capitolium.

Il monastero di San Salvatore – Santa Giulia venne edificato sui resti di un quartiere residenziale di età romana, oggi parzialmente inglobato nei percorsi di visita del museo con le domus dell’Ortaglia (la domus di Dioniso e la domus delle Fontane). Il triclinium (sala da pranzo) della domus di Dioniso era la stanza più ricca di affreschi ed è celebre per lo stato di conservazione del proprio mosaico pavimentale, con al centro l’immagine del dio che abbevera una pantera.

Sotto il firmamento inondato di stelle del Ferramola, nell’aula superiore dell’oratorio di Santa Maria in Solario, brilla la Croce di Desiderio, capolavoro di oreficeria carolingia databile al IX secolo d.C. La Croce, che aveva funzioni devozionali e processionali, rappresenta uno degli esemplari liturgici più rari giunti sino a noi sia per le notevoli dimensioni che per la grande quantità di pietre preziose, 212 in totale, sparse simmetricamente sulla struttura portante in legno, rivestita da una lamina metallica, con i bracci dilatati alle estremità. Opera di alta oreficeria, la Croce doveva rappresentare non solo la pienezza della devozione cristiana al Cristo Salvatore ma anche il ruolo delle dinastie regnanti, in un continuo gioco di rimandi tra potere imperiale di eredità romana e anelito religioso, gloria ultraterrena e simboli secolari. La stessa scelta di tempestare la Croce con pietre preziose, come si faceva con la corona imperiale, rappresenta un chiaro rimando al valore e alla potenza della Chiesa, non seconda a quella del Cesare.