W momencie powołania Oddziału Archeologicznego Muzeum Okręgowe w Wałbrzychu nie miało zbiorów archeologicznych. W latach 60 i 70 XX wieku, gdy zapanowała tendencja do profilowania kolekcji poszczególnych placówek muzealnych na Dolnym Śląsku, ustalono, że Wałbrzych będzie zbierał okazy geologiczne oraz ceramikę. Muzeum Miejskie przekazało do Muzeum Archeologicznego we Wrocławiu kolekcję archeologiczną, zawierającą między innymi zabytki przedwojennego Heimatmuseum w Wałbrzychu.

Pracownicy Oddziału zaczęli odbudowywać zbiory, początkowo drogą planowych badań wykopaliskowych na interesujących stanowiskach. Swym działaniem badawczym obejmowali całe byłe województwo wałbrzyskie, jednak najwięcej samodzielnych badań terenowych prowadzili na obszarze powiatu ząbkowickiego. Przyczyniła się do tego najbardziej zagęszczona w rejonie sieć stanowisk archeologicznych o ciekawym, zróżnicowanym zakresie kulturowym i chronologicznym, a także przychylność lokalnych władz. Niestety, po 1991 roku muzeum nie miało już możliwości finansowych prowadzenia własnych prac badawczych. Kontynuowano pozyskiwanie zabytków przez ratownicze badania na stanowiskach naruszonych robotami budowlanymi czy nadzory archeologiczne nad inwestycjami (melioracje, instalacje, budowy), prowadzonymi na zlecenie osób fizycznych lub firm. Także Wojewódzki Konserwator Zabytków w Wałbrzychu przekazywał materiały pochodzące z badań różnych instytucji archeologicznych spoza regionu, prowadzących prace na tym obszarze. Po przeniesieniu do Wałbrzycha zmieniły się zadania archeologii z prac terenowych na prace gabinetowe – opracowywanie zbiorów. Całkowitą opiekę nad stanowiskami archeologicznymi w pełni przejął Dolnośląski Wojewódzki Konserwator Zabytków.

Obecnie w zbiorach działu znajduje się ponad 35000 zabytków (całych form lub ich fragmentów). Są to materiały od schyłkowego paleolitu po czasy nowożytne, m. in. z neolitycznych osad w Ząbkowicach Śląskich – Sadlnie i Muszkowicach, wielokulturowych osad w Byczeniu, Suszce, Śremie, Krzelkowie, Raczycach, osad z okresu wpływów rzymskich w Niedźwiedniku (wg AZP w Rososznicy) i osady wczesnośredniowiecznej w Kamieńcu Ząbkowickim, grodziska wczesnośredniowiecznego w Dobromierzu, renesansowego zamku w Ząbkowicach Śląskich i z badań średniowiecznych miast Ząbkowic, Ziębic i Złotego Stoku. Są też materiały z grodzisk w Bardzie i w Niemczy, zdeponowane przez Instytut Archeologii Uniwersytetu Wrocławskiego, które po opracowaniu będą udostępniane na wystawach.

Na bazie zbiorów powstają prace doktorskie i artykuły naukowe, udostępniane są materiały do badań porównawczych.

Dział wydaje oświadczenia o gotowości przyjęcia zabytków pozyskanych w trakcie badań archeologicznych prowadzonych na terenie powiatów: dzierżoniowskiego, świdnickiego, wałbrzyskiego i ząbkowickiego.