Arxeologiya fondu Muzeyin 1920-ci ildə “Arxeoloji seksiya” adı ilə (müdiri Yevgeni Paxomov) təşkil olunmuş ilk struktur bölmələrindəndir. 1924-30-cu illərdə Tarix-etnoqrafiya şöbəsi nəzdində “Arxeologiya” yarımşöbəsi (1926-cı ildən konservatoru-mühafizəçisi İshaq Cəfərzadə) fəaliyyət göstərmişdir. 1930-31-ci illərdə muzeydə həyata keçirilən yenidənqurma nəticəsində yaradılmış “Azərbaycanın maddi mədəniyyəti şöbəsi”nin (elmi rəhbəri dosent A.R.Zifeldt-Simumyaqi) təşkili ilə muzeyin Tarix-arxeologiya şöbəsi ləğv olunur; arxeoloji materialın, xüsusilə də XVI- XIX əsrlərə aid tarixi eksponatların Xan (Şirvanşahlar) sarayında Tarix-Arxeoloji muzeyinin qurulması məqsədilə Azərbaycan Mərkəzi Abidələri Mühafizə İdarəsinə təqdim olunması haqqında əmr verilir. 1936-cı ildə Muzeyin İttifaq Elmlər Akademiyasının Azərbaycan filialının tərkibinə daxil edilməsi ilə əlaqədar həyata keçirilən struktur dəyişikliyi nəticəsində V.N.Leviatovun müdirliyi ilə “Azərbaycanda feodalizm tarixi” sektoru yaradılır və arxeoloji kolleksiya az sonra təşkil olunmuş arxeoloji fondda toplanır. O vaxtdan bəri Arxeologiya fondu muzeyin tarix şöbələrinin nəzdində olmuş, 2009-cu ildən müstəqil elmi fond şöbəsi kimi fəaliyyətini davam etdirmişdir. 

Yarandığı gündən onun əsas fəaliyyət istiqamətlərini Azərbaycan tarixi, arxeoloji və mədəni irsinin öyrənilməsi və bu irsi təşkil edən maddi mədəniyyət nümunələrinin mövcud tələblər çərçivəsində mühafizəsi təşkil edir. Bölmənin əməkdaşları ötən əsrin 20-ci illərindən başlayaraq Azərbaycanın müxtəlif bölgələrində aparılan çöl-axtarış işlərində fəal iştirak etmiş, hətta bu istiqamətdəki fəaliyyətində bir çox “ilk”lərə də imza atmışdır. Belə ki, 1920-ci ildə arxeoloji tədqiqat işlərinin aparılması ilə məşğul olacaq hər hansı qurum olmadığından muzey bu işi öz üzərinə götürmüş, həmin ilin iyul ayında Şirvanşahlar sarayına ilk arxeoloji kəşfiyyat səfəri təşkil etmişdir. 1921-ci ildə isə Gəncə qəzasına ilk rəsmi arxeoloji ekspedisiya göndərilmişdir ki, onun da fəaliyyəti nəticəsində qəzanın 3 kəndində yerləşən 7 kurqanda qazıntı işləri aparılmışdı. İlk qazıntı işlərinə iyunun 1-də Gəncə qəzasının Nüzgər kəndində (indiki Şəmkir rayonu), Şamir-dərəsi adlanan yerdə başlanılmışdır. 1921-ci ildə başlanmış axtarışlar 1922-ci ildə də davam etdirilmişdir. Ekspedisiya bu dəfə Gəncə qəzasının “Həsən təpəsi”, “Xanlar təpəsi” və “Qala yeri” adlı ərazilərinə baxış keçirmiş, burada yerləşən kurqanları qeydə almışdı.

Keçən əsrin 20-ci illərinin ortalarında Azərbaycanın bölgələrinə daha bir ekspedisiya təşkil edildi. D.Şərifovun rəhbərliyi altında təşkil edilmiş həmin ekspedisiya 1925-ci ildə Nuxa (indiki Şəki) qəzasında - qədim Qəbələ şəhər yerində, 1926-cı ildə isə Yaloylutəpədə və Gəncə qəzasının dağlıq hissəsində - Çovdarda arxeoloji tədqiqat işləri həyata keçirir. 20-ci illərdə təşkil edilmiş ekspedisiyaların tapıntıları bu gün də Arxeologiya fondunun ən qiymətli nümunələridir. 1938-ci ildə İ.Cəfərzadənin rəhbərliyi ilə Köhnə Gəncədə aparılan arxeoloji tədqiqat işlərində muzeyin əməkdaşları V.Leviatov, A.Nuriyev, N.K.Minkeviç, Q.İone, İ.Şeblıkin və b. iştirak etmiş, XII-XIII əsrlərə aid zəngin material toplamışlar. Arxeoloq Saleh Qazıyevin rəhbərliyi altında 1946-1953-cü illərdə Mingəçevirdə aparılan geniş miqyaslı stansionar arxeoloji qazıntılar zamanı müxtəlif zaman mərhələlərini əhatə edən dörd yaşayış məskəni, 23 dulus kürəsi, 5 kurqan, 200-dən artıq torpaq və 300-dən artıq küp qəbiri, eləcə digər qəbir abidələri: katakomba, taxta qutu və s. qazılaraq tədqiq edilmişdir. Ümumilikdə, Mingəçevirdə 35000 kv m sahədə arxeoloji qazıntılar aparılmış və 20 mindən artıq maddi mədəniyyət nümunəsi tapılmışdır. Tapılmış minlərlə maddi mədəniyyət nümunəsi hazırda Arxeologiya fondunda mühafizə olunur.

Keçən əsrin 50-60-cı illərində isə G.Əbilova və Ş.Sadıxzadə Azərbaycanın arxeoloji irsini, xüsusilə də son tunc-erkən dəmir dövrü abidələrini öyrənmək məqsədilə bölgələrə arxeoloji səfərlər təşkil etmişlər. Arxeoloji axtarışlar zamanı Xocalı-Gədəbəy mədəniyyətinə aid xeyli sayda maddi nümunələr tapılaraq götürülmüş, daimi mühafizə üçün Arxeologiya fonduna təhvil verilmişdir.

Muzeyin nəzdində təşkil olunmuş daha bir arxeoloji ekspedisiya 1968-1987-ci illərdə fəaliyyət göstərmişdir. V.A.Kvaçidzenin rəhbərlik etdiyi həmin ekspedisiya əsasən Xəzər dənizi akvatoriyasında sualtı arxeoloji tədqiqatlar aparmışdır. Bu ekspedisiyanın Azərbaycan tarixi üçün böyük elmi əhəmiyyət kəsb edən tapıntıları da Arxeologiya fondunda mühafizə olunur.

Hazırda bu fondda mühafizə olunan maddi mədəniyyət nümunələrinin sayı 50 mindən çoxdur. Onların böyük hissəsini Mingəçevirdə, Naxçıvanda, Qarabağda, Qazaxda, Beyləqanda, Abşeronda, Muğanda, Gəncədə və digər bölgələrdə aparılmış qazıntıların arxeoloji materialları təşkil edir. Fondda təsadüfi tapıntılar da az deyil, ən zəngin nümunə Dolanlar kolleksiyasıdır. Fond materiallarının kiçik bir hissəsini mulyajlar və şəxsi kolleksiyalardan alınmış maddi mədəniyyət nümunələri təşkil edir. Müxtəlif tərkibli və təyinatlı həmin fond materialları qədim Daş dövründən XIX əsrədək uzanan zaman çərçivəsinə daxil olmaqla əcdadlarımızın təsərrüfatını, məşğuliyyətini, məişətini, dini-fəlsəfi dünyagörüşünü, mədəni-ticari əlaqələrini və hərb işini özündə əks etdirir.

Arxeoloji nümunələr fond şkaflarında yerləşdirilməklə, onlara aid zəruri məlumatlar əsasında fondun Elektron Məlumat Bazası yaradılmışdır. 2008-ci ildən isə fond materiallarının elektron pasportlaşdırılması işinə başlanılıb. Bu iş muzeyin lokal şəbəkəsində yaradılmış xüsusi pasport proqramında həyata keçirilir. Hazırda fond materiallarının 25 faizi elektron pasportlaşdırılıb.

Məzmun və forma zənginliyinə görə seçilən Arxeologiya fondunun materialları tədqiqatçıların diqqətini cəlb etmiş, onların tədqiqat obyektinə çevrilmişdir. İndiyə kimi mənbə bazasını fond materialları təşkil edən onlarla elmi-tədqiqat əsəri, broşür, buklet, eləcə də “Mingəçevir küp qəbirləri” albomu (1960), “Qədim Azərbaycan bəzəkləri” (1971), “Xəzər Atlantidası” (2009), “Azərbaycanın antropomorf  terrakotları”(2010), “Şirvanın bədii metalı” (2012) və “Zoomorf təsvirli şirli qablar” (2016) kataloqları, “Davud bəy Şərifov” (2016) və “Azərbaycanın qədim və orta əsr silahları” (2018) kitab-albomları, eləcə də “Xəzər Atlantidasının yadigarları” (2020) və “Sehirli çıraq” (2020) kitabçaları işıq üzü görmüş, “Milli Azərbaycan Tarixi Muzeyi və arxeoloji irsimiz” və “Azərbaycanın antik dövr keramikası-oynoxoyyalar” kitab-albomları, “Saxsı oyuncaqlar” və “Azərbaycanın sirli saxsıları-sferokonuslar” kataloqları nəşrə hazırlanmışdı.

Fonda müxtəlif illərdə Y.Paxomov, İ.Cəfərzadə, V.Leviatov, S.Qazıyev, M.Hüseynov, Ş.Sadıxzadə, G.Ağayev, F.Xəlilli, A.İsmayılova rəhbərlik etmişlər. Hazırda elmi fond şöbəsinin müdiri tarix üzrə fəlsəfə doktoru Nasir Quluzadədir.