U arheološkoj zbirci Gradskog muzeja Senj predstavljena je bogata kulturno-povijesna baština grada Senja od prapovijesnih vremena do srednjega vijeka. Fundus zbirke sadrži prapovijesne, antičke te dio hidroarheoloških i srednjovjekovnih predmeta. Zbirka je jedna od prvih osnovanih, ali i najbogatijih zbirki GMS. Nastajala je postupno, prikupljanjem spomeničke građe na mnogobrojnim lokalitetima na području grada Senja, kao i slučajnim pronalascima te poklonima građana. Sustavnim arheološkim istraživanjima predilirskih i ilirskih gradina, kao i antičkih i kasnoantičkih nekropola na području grada Senja i okolice, sakupljen je veći dio arheološkog materijala koji čini fundus ove zbirke.
Također, dio fundusa zbirke čine i grobni nalazi kao rezultat arheoloških istraživanja grobova tijekom kojih su utvrđene brojne antičke i kasnoantičke nekropole na senjskom području. Sakupljena je bogata grobna građa te su potvrđena sahranjivanja inhumacijom i incineracijom. Proučavanjem grobne arhitekture i položaja pokojnika, kao i znanstvenom obradom grobnih materijalnih ostataka antičke nekropole na području grada Senja moguće je datirati u razdoblje od 1. do 5. st.
Područje Senije u prapovijesti naseljeno je ilirskim plemenima. Dokaz tome brojna su utvrđena gradinska naselja na zaštićenim uzvisinama koja su obično bila udaljena od mora. O ovom razdoblju na području grada Senja doznajemo na temelju sporadičnih materijalnih nalaza, a primjer su i tri, Muzeju poklonjene, neolitske sjekire slučajno pronađene na lokalitetima sela Cupine, Hrmotina i Krasna.
Za razdoblje antike, osim brojnih kamenih spomenika i dijelova arhitekture, tu su skulpture božanstava te spomenici duhovnog života.
Značajan dio ove zbirke čine i epigrafički spomenici koji su izvorna svjedočanstva o upravno-administrativnim i društveno-političkim te religijskim i gospodarskim prilikama antičke Senije, a sastavni dio arheološke zbirke čine predmeti i ulomci antičkog stakla. Uz nekoliko tipova staklenih bočica – balsamarija, jedne staklene plitice i niza ulomaka raznih čaša, zdjelica i vrčeva, značajna je i kasnoantička kefalomorfna staklena bočica s prikazom dječje glave. Bočica je pronađena u dječjem grobu na lokalitetu Varoš – Dolac. Općenito, na temelju analogija i dostupne literature, stakleni predmeti iz fundusa GMS okvirno se mogu datirati od 1. st. prije Krista do 4. st.
Dio fundusa ove zbirke čini i nekoliko rimskih svjetiljki (lucerni) koje su pronađene slučajno ili pak kao grobni prilozi tijekom arheoloških istraživanja naselja i nekropola. Razlikuju se svjetiljke s likovnim prikazima i natpisom te one bez ukrasa i natpisa. Svjetiljke su jedan od dokaza trgovačkih veza Senije s keramičkim radionicama u sjevernoj Italiji, ali doprinose i razumijevanju gospodarskih i društvenih prilika u rimsko doba.
Tijekom arheoloških istraživanja na području grada Senja, kao i slučajnim nalazima te otkupom i darivanjem pojedinaca, formirana je i numizmatička zbirka. Na temelju konkretnih nalaza može se zaključiti kako se novac kao platno sredstvo pojavio na senjskom području u III. st. pr. Krista. O razdoblju srednjeg vijeka na ovom području svjedoče brojni ostaci kamene plastike, crkvenog namještaja i sarkofaga, kao i dijelovi arhitekture, pluteji nadgrobnih ploča te epigrafički spomenici čija obrada i ornamentika upućuju na starokršćanski period senjske povijesti.
Bogati fundus arheološke zbirke čine i glinene lule koje možemo datirati u 18./19. te u 19./20. st. Lule su značajan arheološki materijal koji nam također svjedoči o razmjeni kulturnih dobara i komunikaciji među tadašnjim civilizacijama.
